摘 要
热喷涂技术具有设备简单、操作方便和喷涂材料品种多等优点，可以用来制备耐磨、耐蚀等涂层，广泛用于航空航天、机械、船舶和石油化工等领域。但是喷涂层也存在缺点，因为喷涂层与基体主要为机械结合，结合强度比较低，在冲击和重载等恶劣工作条件下，喷涂层的应用受到了限制；喷涂层含有孔隙与氧化物夹杂等缺陷，降低了涂层强度，恶化了抗磨粒磨损等性能。通过重熔处理可以使喷涂层与基体实现冶金结合，把堆叠的层状组织变为均匀、致密的组织，孔隙减少甚至消失，从而提高涂层与基体的结合强度，提高抗磨粒磨损等性能。
采用电弧喷涂后进行电弧重熔的方法，用自制药芯喷涂丝制备电弧喷熔表面层。药芯喷涂丝的钢带内填加高碳铬铁、硼铁、硅铁、低碳锰铁及钛铁等合金粉末实现合金化，分别在 65Mn和 Q235 钢基体上制备电弧喷涂层，然后在不同的工艺条件下进行氩弧重熔，获得电弧喷熔表面层。采用金相显微镜、扫描电镜和X 射线衍射仪等分析设备对喷涂层与重熔层的微观结构、界面结合、成分分布进行分析，测试显微硬度，采用磨粒磨损试验机比较喷涂层与重熔层的耐磨性。电弧喷涂层呈层状结构，存在大量的氧化物夹杂及孔隙，主要由铁素体、奥氏体和 M7C3等相组成，还存在高铬及高硅层状粒子等成分不均匀现象。分析喷涂层与钢基体的界面可知，二者为机械结合。电弧重熔处理后，氧化物夹杂和孔隙等缺陷被消除，提高了表面层的致密性。重熔层与钢基体的界面具有合金元素逐渐过渡的特征，结合方式转变为冶金结合。65Mn钢基体的重熔层由奥氏体、马氏体、M7C3、M3C 和 TiC 等相组成；Q235 钢基体的重熔层相组成基本相同。小电弧电流的重熔层组织属于合金铸铁类型，大电流时母材的稀释作用增强，重熔层组织转变为合金钢类型。
对 65Mn钢基体的电弧喷涂层和重熔层进行 Cr，Si，Mn等元素的微观分布研究，主要差别是喷涂层的元素含量波动较大，重熔层的波动较小。例如，喷涂层中 Cr 含量最大值与最小值之差为 4.23wt.%，电弧电流为 160A 的重熔层中该值为 3.88wt.%。计算表面层中 Cr 元素含量的平均值及其标准差可知，喷涂层的平均值为 15.93wt.%，标准差为 1.71，电弧电流为 160A 和 220A 重熔层的平均值分别为 14.62wt.%和 11.60wt.%，标准差分别为 1.30 和 1.22，因此，重熔层中 Cr元素分布比电弧喷涂层均匀，电弧电流增大使得 Cr 元素分布更加均匀。重熔层的 Cr 元素平均含量低于喷涂层，电流增加稀释率增大，使重熔层的 Cr 元素平均含量进一步降低。Si和 Mn元素的分布结果与 Cr 元素基本相同。
试验表明，重熔处理可以提高喷涂层的显微硬度和耐磨性能。65Mn 钢喷涂层显微硬度平均值为 517.9HV，磨损失重量为 42.1mg；电弧电流为 160A 的重熔层显微硬度平均值为 756.0HV，提高了 45.8%，磨损失重量为 21.2mg，耐磨性提高了 50%。Q235 钢喷涂层显微硬度平均值为 551.2HV，磨损失重量为 11.3mg；重熔电流为 120A 的重熔层的显微硬度平均值是 597.9HV，提高了 8.47%，磨损失重量为 8.3mg，耐磨性提高了 17.7%。重熔层的平均显微硬度和耐磨性都随着电弧电流的增大而降低，主要是由于母材的稀释作用变大，使得合金元素含量下降，耐磨硬质相含量降低造成的。
电弧喷涂层铁素体含量高，其韧性好，硬度低，在磨粒的挤压下反复塑性变形，最后剥落，而且喷涂层中的层片状粒子之间的结合强度低，在磨粒的推压过程中容易剥落，因此，电弧喷涂层的磨粒磨损机理为多次塑变和微观断裂。重熔层中 M7C3，M3C 和 TiC 等碳化物硬度高、耐磨性好，奥氏体组织又具有较好的韧性，能为硬质相提供良好的支撑，使耐磨硬质相起到很好的抗磨作用，所以重熔层耐磨性比喷涂层有显著提高，其磨损机理为微观切削和多次塑变。
关键词：电弧喷涂层，重熔层，微观结构，显微硬度，耐磨性
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