發(fā)布日期：11-12                 來源：豆丁網(wǎng)

  工程機械、礦山機械中有許多零部件在服役過程中受到苛刻的沖擊磨損、磨粒磨損和腐蝕磨損，目前根據(jù)零部件工藝要求和沖擊韌性，一般都采用鍛造及焊接性能良好的高強度低碳合低合金鋼制造，但這類鋼經(jīng)熱處理后的硬度和耐磨性能較低，少量采用耐磨鋼（如Mn13等）及高鉻鎳鐵等制造，前者表面受沖擊部位加工硬化后才能提高其耐磨性，兩者都存在成本高，加工成型與焊接性能差等缺點，耐磨堆焊技術焊條利用率低，熔深和稀釋率不一致導致硬度不均勻，硬度和耐磨性的提高受到限制，表面粗糙難以加工，工件變形大激光束熔覆復合陶瓷層可以實現(xiàn)表面的高質(zhì)量和性能，但激光設備投資大，操作環(huán)境要求嚴格，熔覆效率低，成本高。因此，有必要尋求新的優(yōu)質(zhì)、高效及低成本的材料表面改性技術，以滿足日益發(fā)展的工程技術需要。

一、等離子熔覆的原理

   等離子熔覆技術是采用等離子束為熱源，在金屬表面獲得優(yōu)異的耐磨、耐蝕、耐熱、耐沖擊等性能的新型材料表面改性技術，在按照程序軌跡運行的DC-Plasma-Jet等離子束流的高溫下，高能束流熔覆的過程是把合金粉末利用同步送粉器送到需要進行強化處理的工件表面，同時利用高能束流輻照使合金粉末熔化，工件表面淺層同時熔化，在工件表面形成合金熔池，高能束流束移開之后，在工件自身的快速熱傳導以及工件周圍空氣的輻射傳熱作用下，合金熔池快速凝固，從而形成成分均勻，致密，組織細小均勻，無顯微氣孔及裂紋，同工件形成良好冶金結(jié)合的高質(zhì)量冶金涂層。

    目前，等離子束熔覆大多采用噴涂用Ni基、Co基和Fe基自熔合金粉末，向自熔合金中添加WC\TiC等陶瓷相及陶瓷形成元素，可形成陶瓷復合涂層或梯度涂層，熱噴涂粉末結(jié)晶溫度區(qū)間大，應用于等離子束熔覆時，涂層氣孔和裂紋傾向增大，等離子熔覆于一種表面快速冶金過程，可得到覆屬于一種表面快速冶金過程，可得到符合相圖的各種合金，因而開發(fā)等離子熔覆專用材料將是等離子熔覆研究過程的重要方向之一。

熔覆材料的引入方式將直接影響熔覆層的質(zhì)量和服役性能。預引入法（或預涂覆法）易于涂覆混合成分的粉末，但難以使預置層厚度均勻，基材的熔深和稀釋率不易控制，多道搭接時易翹曲，黏結(jié)劑揮發(fā)易造成粉末飛濺和形成氣孔，另外，生產(chǎn)效率低，粉末浪費大，因此，近年來同步送粉熔覆技術逐步受到重視，成為國內(nèi)外研究的重點，與與預引入法相比，同步送粉法要求預制合金粉，但僅限于符合平衡相圖的合金匹配，如要得到超合金層，則須使用混合粉，但要求混合粉末中各成分的密度、粒度、粉末形狀和固態(tài)流動性基本一致，且流動性要好，否則會帶來送粉技術中的問題，影響熔覆層的內(nèi)在和外觀質(zhì)量，這為進一步研究熔覆專用同步送粉技術與裝置提出了一個新課題。

 等離子熔覆是一種快速非平衡凝固過程，同時具有過飽和固溶強化，組織強化，彌散強化和沉淀強化等不可忽視的作用。與激光熔覆、電子束熔覆相比，等離子熔覆是一種優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的表面改性新技術。負壓等離子束熔覆復合新材料強化技術標志著在這一領域的領先水平，已成功應用于煤礦采掘運輸設備中。

 二、等離子熔覆技術的應用

  等離子熔覆技術作為目前最先進的表面工程手段之一，可以根據(jù)工件的實際工作狀況，有針對地設計合金粉末的成分配比，在工件需要進行強化的局部位置，方便、靈活地制備出耐磨損、耐磨蝕和抗高溫氧化等不同性能的先進金屬基及陶瓷基復合材料涂層，從而以最經(jīng)濟、最合理的手段，大幅度提高工件的使用壽命。其中，等離子熔覆截齒與未經(jīng)處理的普通截齒相比，使用壽命可提高近10倍，有些用戶采用等離子熔覆普通截齒來代替掘進昂貴的截齒，也取得了較好的使用效果。

三、等離子熔覆技術與傳統(tǒng)技術的經(jīng)濟效益分析

   以等離子熔覆截齒與未經(jīng)處理的普通截齒相比，使用壽命可提高近10倍，未經(jīng)處理的截齒平均使用壽命為300h左右，處理后使用壽命可達3000h，未處理的截齒每只平均售價約50元左右，等離子熔覆處理直接成本，包括電費及工作氣體費用，平均每只5元左右，可見，其技術經(jīng)濟效益非常明顯。目前，等離子熔覆截齒已逐步在多家大型煤礦企業(yè)得到推廣應用。

  以混凝土泵送機械中的易損部件“眼鏡板”和“切割環(huán)”為例：采用等離子熔覆技術，在眼鏡板和切割環(huán)的摩擦面的內(nèi)外圈連續(xù)熔覆相應厚度的耐磨損耐沖擊高合金層，最后精加工成型，盡管摩擦面的耐磨性能不及現(xiàn)行鑲焊硬質(zhì)合金，但由于等離子熔覆層從內(nèi)孔到平面是均勻連續(xù)過渡的耐磨合金層，邊緣抗沖擊能力大大提高。加之可適當調(diào)整等離子熔覆合金的硬度和韌性匹配，使磨損和邊緣損基本同步，可達更加合理利用材料的目的，根據(jù)工況條件，預計使用壽命可達到現(xiàn)行的耐磨堆焊及鑲嵌硬質(zhì)合金技術或以上，該技術的主要生產(chǎn)成本構(gòu)成是等離子熔覆合金及其加工技術，加上本體材料費，等離子熔覆技術預計可比現(xiàn)行技術的性價比提高50%左右。由于眼鏡板和切割環(huán)為整個機械中的關鍵零部件，用量很大，經(jīng)濟效益非常明顯。

  該技術的社會效益不僅在于使傳統(tǒng)產(chǎn)品的使用壽命提高，而且將原來只能在航空航天等高技術領域才能應用的高性能表面涂層技術，低成本地應用到量大面廣的機械制造行業(yè)，可為提高國家的機械裝備水瓶作出貢獻。

 四、結(jié)語

  等離子熔覆技術在材料表面改性中的研究涉及多個學科領域，各項技術所處發(fā)展階段也不盡相同，從今后的發(fā)展方向看，還需在以下研究領域加大投入：

（1）從理論上揭示某些等離子熔覆過程中產(chǎn)生殘余拉應力和裂紋的機理并提出具體解決方案；

（2）工藝參數(shù)的優(yōu)化，發(fā)展成熟設備與工藝；

（3）等離子熔覆技術表面質(zhì)量的在線監(jiān)控和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。