發(fā)布日期：8-16                來(lái)源：道客巴巴

引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)高性能材料的需求與日俱增。納米材料、復(fù)合材料等新材料的崛起，對(duì)傳統(tǒng)的金屬材料帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。但是，作為結(jié)構(gòu)材料，金屬材料仍將在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)在各行各業(yè)占有相當(dāng)重要的地位。然而金屬材料的表面在外界環(huán)境的作用下容易發(fā)生各類(lèi)磨損、腐蝕、氧化和疲勞等破壞，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，目前全世界用于機(jī)械行業(yè)的能量，有1/3消耗在磨損上，機(jī)械零部件由于磨損失效的約占零部件總數(shù)的60％~80％，因此，如何提高材料的耐磨性一直收到人們的關(guān)注。此外，許多零部件要求的表面性和心部性能之間存在著一定的矛盾，整體處理時(shí)往往兩者不能兼顧。因此，金屬材料的表面改性技術(shù)收到人們的高度重視。迄今為止，在現(xiàn)有的冶煉條件下，金屬材料通過(guò)合金化及熱處理使其強(qiáng)韌性已達(dá)到了很好的配合。人們?yōu)榱烁M(jìn)一步提高金屬材料的使用性能，在強(qiáng)韌化基體的基礎(chǔ)上，發(fā)展了諸如火焰淬火、高中頻感應(yīng)淬火、滲碳、氦等表面熱處理強(qiáng)化手段。目前，表面技術(shù)的應(yīng)用極其廣泛，已遍布各行各業(yè)，包含的內(nèi)容也十分廣泛，可用于耐蝕、耐磨、修復(fù)、強(qiáng)化、裝飾等，也可用于光、電、磁、聲、熱、化學(xué)、生物等方面。

在眾多的金屬材料表面改性處理技術(shù)中，熔覆處理技術(shù)具有熔覆層厚、成分可調(diào)等特點(diǎn)，適合于處理一些既需要耐磨又需要耐蝕的金屬材料。近幾年國(guó)內(nèi)外興起的激光熔覆處理技術(shù)的研究是金屬材料表面改性處理的一個(gè)研究熱點(diǎn)，它減少了傳統(tǒng)熔覆處理中的熔覆層質(zhì)量不高，被處理工件變形大和熔覆處理工作環(huán)境差等缺點(diǎn)，是一種極有發(fā)展前途的金屬表面改性處理新技術(shù)，在激光熔覆發(fā)展的同時(shí)，用氬弧、高頻感應(yīng)等做熱源的方法也不斷出現(xiàn)。等離子弧是一種經(jīng)過(guò)壓縮處理的電弧，它和電子束、激光束同時(shí)被列入高能束的范疇，與激光束相比，等離子弧具有加熱范圍大，設(shè)備簡(jiǎn)單，便于操作，容易實(shí)現(xiàn)大功率等特點(diǎn)，能在金屬表面獲得優(yōu)異的耐磨、耐蝕、耐熱等性能，是一種比較理想的熔覆處理加熱源。等離子熔覆技術(shù)是金屬材料表面熱處理的重要方法之一，有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?jié)摿?，具有廣闊的發(fā)展前景。

一、等離子熔覆技術(shù)理論

   等離子體技術(shù)為開(kāi)發(fā)新材料、新能源及革新微電子器件工藝開(kāi)辟了許多研究方向并取得了舉世矚目的應(yīng)用成果，等離子體技術(shù)應(yīng)用金屬表面改性也屢見(jiàn)報(bào)道，等離子束表面強(qiáng)化技術(shù)正在迅速發(fā)展。因?yàn)楸砻嫣幚砑夹g(shù)已成為當(dāng)今材料科學(xué)最為活躍的研究領(lǐng)域之一，其中高能量束流的表面處理具有能量集中、效率高、無(wú)三廢排放、應(yīng)用方式靈活、性能范圍寬廣等特點(diǎn)。已獲得工業(yè)應(yīng)用的高能量束流有激光束、電子束、離子束、等離子束、聚集太陽(yáng)能等。其中等離子束流作為一種經(jīng)過(guò)壓縮處理的電弧具有能量轉(zhuǎn)換效率高、等離子弧的中心溫度可達(dá)10⁴K數(shù)量級(jí)。近年來(lái)，等離子體技術(shù)隨著激光熔覆涂層技術(shù)的發(fā)展而興起，國(guó)內(nèi)基本沿用國(guó)際上的研究方法及設(shè)備設(shè)計(jì)，熔覆涂層成分與應(yīng)用研究基本遵循激光熔覆技術(shù)。而與激光束相比，等離子弧具有加熱范圍大，設(shè)備簡(jiǎn)單，便于操作，容易實(shí)現(xiàn)大功率等特點(diǎn)，是一種比較理想的熔覆處理加熱源。加之常壓弧光放電等離子體可在大氣中產(chǎn)生，在工業(yè)生產(chǎn)中有其獨(dú)特的便捷性。

   等離子熔覆技術(shù)是指以一定的輔料方式在被涂覆基體表面上放置選擇的涂層材料，經(jīng)等離子束輻照使之和基體表面同時(shí)熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低、與基體材料成冶金結(jié)合的表面涂層，從而顯著改善材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等的工藝方法。它可以在低成本鋼部件上制成高性能表面，代替大量的高級(jí)合金，以節(jié)約貴重、稀有的金屬材料，提高材料的金屬性能，降低能源消耗，適用于局部易磨損、沖擊、剝蝕、氧化及腐蝕等零部件。利用等離子熔覆技術(shù)原位反應(yīng)合成法可以在熔覆層中生成增強(qiáng)相，并與熔覆層基體材料原位復(fù)合，這些原位生成的增強(qiáng)相粒子與基體的界面無(wú)雜質(zhì)污染，利用原位反應(yīng)合成法獲得的復(fù)合涂層，在相同條件下其力學(xué)性能一般都高于直接加入法獲得的復(fù)合涂層、因而，在材料表面強(qiáng)化領(lǐng)域應(yīng)用中，等離子熔覆技術(shù)可獲得與基體呈冶金結(jié)合的高合金或金屬陶瓷厚涂層。