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耐磨涂层的制备技术

时间:2020-02-19 15:53:34  来源:  作者:

 随着激光技术的发展, 激光熔覆技术的应用也越来越广泛。自从20世纪80年代激光熔覆技术出现以来, 就以其自身制备耐磨涂层的各种优点在航空航天、冶金、机械等领域得到了广泛应用。该技术的原理是以不同的添料方式, 使用高能密度的激光束熔覆各种涂层材料, 使其和基体表面一同熔化后并呈冶金结合。因此,激光熔覆技术制备的耐磨涂层结合强度高, 可大幅提高材料表面的耐磨损性能。该技术具有如下特点:(1)显著改善基体表面性能,节约材料;(2) 快速凝固使组织细化;(3) 热影响区小,变形小,涂层稀释率低;(4) 熔覆材料范围广;(5) 通过计算机控制易于实现自动化;(6) 熔覆层厚度可控, 并可在不同区域进行选区熔覆。激光熔覆技术由于其快速凝固和高精度选区熔覆特征,有助于某些有益元素的固溶,所得涂层不仅与基体呈冶金结合,保证了涂层与基体的结合强度,而且具有均匀致密的显微组织, 在磨损部件修复和强化领域表现出了良好的应用前景。激光熔覆技术一般采用增韧、增强复合粉末来提高零件的表面硬度和耐磨性,或者通过添加固体润滑粉末,赋予涂层具有自润滑效果的复合材料涂层。金属基自润滑复合涂层以FeCoNi基等耐高温、耐磨合金材料使用较为广泛, 已经实现在各种合金和特殊合金基体表面激光熔覆耐磨涂层。虽然激光熔覆技术在耐磨涂层制备研究方面取得了很大进展, 但在某些方面激光熔覆技术仍存在很多问题需要研究解决: 比如在熔覆材料的选择和设计开发上, 耐磨涂层制备的关键是激光熔覆材料的体系设计和成分配比;熔覆工艺系统化,解决工艺参数结果通用性差等问题。随着对激光熔覆技术的进一步研究与发展, 其在耐磨涂层制备方面定会有更大的应用前景。热喷涂技术出现于20 世纪初,它可以将各种材料以极高的速度沉积到众多基体材料上。热喷技术是一种用专用设备采用各种热源将喷涂材料加热到熔融或半熔融状态并加速喷射到基体表面形成一种特制涂层。热喷涂可分为燃烧法和电热法,燃烧法包括火焰喷涂、爆炸喷涂和超音速火焰喷涂;电热法包括电弧喷涂和等离子喷涂。采用热喷涂技术制备的涂层结合强度高,耐磨性能优异,因此在耐磨涂层的制备和使用上越来越广泛。因其热源温度范围大、热喷涂时间短、基材适应性强、涂层材料适用范围广、喷涂效率高等特点,使得热喷涂陶瓷涂层作为一类新型耐磨涂层在很多领域获得了应用。超音速火焰喷涂原理及特点随着航空航天等尖端科技的快速发展, 迫切需要高熔点、高强度、高硬度和低摩擦系数的耐磨涂层,HVOF技术正是为了适应这种需求而不断发展起来的。HVOF是利用燃气或液体燃料与氧气混合作为热源, 在专门的燃烧室内燃烧产生高温使焰流速度达到1000 m/s以上,带动熔融的喷涂材料高速喷射到机械零部件基体表面形成一种特定的功能涂层。HVOF在制备耐磨涂层中具有很多优点:(1)喷涂粒子速度超过音速, 所得涂层结合强度、硬度以及耐磨性高;(2)喷涂颗粒受热均匀、熔融充分;(3)喷涂颗粒在高温焰流中停留时间短, 颗粒中的活性元素烧损氧化少;(4)涂层表面光滑,粗糙度小等。因此,HVOF制备的耐磨涂层不仅结合强度高,而且涂层致密、孔隙率低、耐磨损性能优越。等离子喷涂是最通用且使用范围最广的热喷涂工艺之一。其原理是采用等离子电弧作为热源,将粉末材料送入等离子体或等离子射流中, 使其加热到熔化或部分熔化状态, 在冲击力的作用下将喷涂粉末高速喷向工件表面, 通过层片叠层形成特殊薄层的一类加工工艺,具有生产效率高,所得涂层性能好,喷涂材料范围广,成本低效益高等优点。与其他热喷涂技术相比, 它的主要特点是等离子弧温度高达10000℃以上, 能在短时间内将喷涂颗粒熔化,得到所需要的功能涂层。自从等离子喷涂技术发明以来, 因其具有操作简便、速度快和效率高等特点,广泛适用于金属和非金属表面耐磨涂层的制备。爆炸喷涂一般指气体爆炸式喷涂,起源于20世纪50年代初期,随着现代工业的发展,该技术已在工业生产中得到了越来越广泛的应用。爆炸喷是利用气体爆炸时所产生的高能量, 将喷涂粉末加热加速, 使粉末颗粒以较高的温度和速度轰击到工件表面形成涂层的一类方法。其主要优点如下:(1) 涂层与基体结合强度高;(2)涂层致密、孔隙率低(3)涂层均匀、厚度易控制;(4)涂层硬度高、耐磨性和表面光洁度好;(5)工件表面温度低,热损伤小,不会造成基体表面变形和组织变化。爆炸喷涂除了以上优点外,也存在一些缺点。譬如,喷涂过程噪音大;喷涂面积小,效率不高。但因其所制备的耐磨涂层质量比其他热喷涂方法高很多,所以也得到了人们的广泛认同。


 

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