氬弧熔覆技術制備tic―tib復合陶瓷涂層力學性能的研究

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1、氬弧熔覆技術制備TiC―TiB2復合陶瓷涂層力學性能的研究　　摘要：采用以鎢極為電極的氬弧熔覆技術，將鈦鐵粉、B4C粉為主要原料的合金粉末預置在鋼基體表面熔覆，進而得到原位合成的TiC-TiB2復合陶瓷涂層。采用正交試驗優(yōu)化氬弧熔覆工藝參數(shù)，通過布氏硬度儀、洛氏硬度儀檢測耐磨涂層的硬度，使用磨損試驗機測試涂層的耐磨性。結果表明，TIG焊的最佳工藝參數(shù)為：電流強度145A，氬氣流量6L/min，焊接速度120mm/min；熔覆涂層表面及熔合線硬度明顯高于基體，加入Cr、Ni等合金粉末，將提高復合材料熔覆涂層表面及熔合線附近區(qū)域的硬度；基體內并不含有硬質相以抵抗磨粒

2、磨損，氬弧熔覆技術制備的陶瓷涂層能顯著提高材料的耐磨性[1-4]?！　￡P鍵詞：氬弧熔覆；TiC-TiB2；陶瓷涂層；硬度　　1引言　　金屬的磨損與失效是零部件損壞的主要原因，其一般的損壞部分多集中在零件表面，因此對于金屬表面的防護及修復成為提高產(chǎn)品使用效率、降低能源材料消耗的關鍵問題。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年因材料更換所引起的費用高達數(shù)千億美元，其中以大中型零部件為主。采用表面熔覆涂層不僅對金屬表面進行了有效的防護，更增強了復合材料的硬度以及耐磨性，是一種經(jīng)濟環(huán)保、性能可靠的防?o技術[5]?！　∧壳?，針對零部件表面的耐磨改性主要采用噴涂，等離子熔覆或激光熔覆等，

3、它們都能在很大程度上對金屬基體進行有效防護，但成本過高，不適合于工業(yè)生產(chǎn)[6]。而采用氬弧熔覆技術的方法，應用的設備簡單，操作方便，易于控制，在普通的金屬基表面熔覆一層或多層穩(wěn)定的復合涂層，不僅增強了金屬表面的性能，更有效降低了成本。熔覆過程中，陶瓷相的加入一般有兩種途徑，一是陶瓷相的直接加入，二是在金屬基體上原位合成陶瓷相。采用第二種原位合成的方法避免了直接加入而引起的裂紋、脫落等缺陷，得到的復合材料界面潔凈、力學性能穩(wěn)定，與金屬基體結合良好。本文研究的目的在于通過氬弧熔覆技術將涂覆于金屬基體表面的合金粉末熔化，在基體表面原位合成Fe基TiC-TiB2復合陶瓷

4、相涂層，進而探討復合涂層的力學性能?！　?制備TiC-TiB2復合涂層工藝探究　　2.1原位自生合成技術　　原位自生合成技術應用于氬弧熔覆焊接之前，它是近年來發(fā)展起來的一種方法，一經(jīng)應用便廣受關注。通過金屬表面顆粒的影響進而增強復合材料的方法主要有兩種：一種是通過外加顆粒，另一種即為原位自生合成。通過外加的方法雖然使增強體與基體之間的自由度增大，但由于外加增強體在理化性質上存在一定的不相容性，使得工藝變得復雜，成本也相應增加。而原位反應合成因其第二相與金屬基體能夠有理想的原位匹配，且界面無雜質對復合材料污染，所以能顯著提高材料的熱力學穩(wěn)定性，改善材料界面的結合狀

5、態(tài)。同時原位合成相對非原位合成能夠有效簡化工藝，降低操作難度，進而使得工藝成本顯著下降[7]?！　”疚牟扇≡蛔陨铣傻姆椒?，將所需的兩種固態(tài)粉末與粉末狀基體按照一定比例進行混合，操作過程中需將混合粉末進行充分壓實，干燥去氣，為生成增強體顆粒，需將干燥去氣后的壓坯塊置于溫度高于基體熔點的環(huán)境下快速加熱，使得在熔體介質中的兩種混合粉末發(fā)生放熱反應，然后通過二次成型即擠壓成型得到待焊接試樣?！　≡缓铣删哂幸幌盗心苁箯秃喜牧暇哂辛己眯阅艿膬?yōu)點，它能避免第二相不均勻分散的問題，同時能夠解決外加顆粒方法中未能避免的界面結合不牢、理化性質不相容等問題[8-9]?！　?.2

6、氬弧熔覆技術　　2.2.1氬弧熔覆技術的基本原理　　氬弧熔覆是利用電弧電離加熱所產(chǎn)生的熱量將涂覆于金屬表面的合金粉末熔化，以使得合金粉末涂層與金屬基體呈牢固的冶金結合的技術。氬弧熔覆技術所用電極為鈰―鎢極，其原理與采用金屬鎢做電極的原理相同，采用純度為99.99%的工業(yè)氬氣作為保護氣，有效地保護了電極、熔覆區(qū)域以及金屬基體，減少了有益成份的燒損以及在很大程度上避免了空氣對熔覆過程中金屬的有害影響[10]。其原理示意圖如圖1所示。　　2.2.2鎢極氬弧焊工藝　　鎢極氬弧焊（又稱TIG焊），是在利用氬氣作為保護氣的條件下，以鎢或其合金作電極對母材及復合材料進行電弧加

7、熱，以使其熔化焊接的技術，其間充填材可選擇添加或不添加[11]?！　『附舆^程需要在一定熱量下進行，鎢極氬弧焊利用氣體介質電離所產(chǎn)生的電弧熱對材料進行熔化，此過程中陰極壓降低，其在放電過程中，電流密度較大，因此加熱速度較其他方法快，同時在局部發(fā)生融化后又以一定的速度冷卻[11]。電弧可分為三個區(qū)域，即電弧各自與電源正負兩極相連所對應的陽極區(qū)、陰極區(qū)以及陰陽兩極間的弧柱區(qū)。熱量的傳遞過程則包含輻射，對流以及熱傳遞三種，熱源與焊件之間的傳遞為輻射與對流，而母材受熱后的熱量傳播則為熱傳遞?！　『附訒r熔化的母材與焊接金屬組成的具有一定形狀的液體金屬稱之為熔池，它的形狀，尺

8、寸等參數(shù)對于熔池中的合金