量不够稳定，往往会发生 熔化不足熔化不均或是过熔产生波纹甚至流动的情况，并且在大批量生产时生 产效率低下。 激光熔涂涂层有许多优良的性能，包括良好的冶金结合细晶组织以及对基 体的热影响小等。但由于激光设备造价高，且大功率设备现在还很难做到光束非 常均匀和稳定熔涂过程的自动控制程度低熔涂涂层表面不够平整，后续加工 量大涂层易出现裂纹和孔洞等原因，使得激光熔涂还不能在工艺上形成范围广 泛的工业应用。现在，激光熔涂主要用于些高成本关键性部件的小面积处理上。 真空熔烧技术与基体也具有比较强的结合力，但也存在着其对基体的热影响 大等问题。以上这些涂层强化技术都很难同时满足成本不高热影响不大结合 力又强三个方面的要求。但是，近年来出于节约成本和减少维修提高生产效率 的需要，人们对于普通工件也要求提供质量高而成本不高的涂层。感应熔涂技术 就是在这种背景下考虑的。 重熔方式简介 涂层重熔技术包括喷涂和重熔两个过程，这两个过程可以先后进行也可以同 时进行。在喷涂过程中，粉末通过热源的加热，般以半熔化状态沉积到工件上。 重熔是粉末或喷涂层在工件上的熔融过程，是将喷敷到工件表面的疏松多孔的粉 层加热到液固相温度范围，使粉末中的硼硅元素发生脱氧反应且润湿基材表面， 形成与基材表面具有冶金结合且致密的涂层。重熔按加热方法有火焰重熔炉内 重熔激光重熔和感应重熔等多种方式。 火焰重熔湖北汽车工业学院毕业设计论文 火焰重熔加热时，是从涂层表面开始向内部进行传导式加热的，最高温度在 涂层表面。涂层表面氧化严重，结合层冶金质量较差。由于火焰重熔设备简单， 施工灵活，因而获得广泛应用。重熔时，应有足够的火焰能量，可采用大功率火 焰重熔枪。由于火焰气体的保护性差，不宜使涂层在以上停留过长，否则易 使粉层和基材表面氧化，影响重熔层质量及结合性能。重熔时的火焰宜采用中性 焰或微碳化焰。 重熔温度与粉末熔点有关，通常在左右。当粉层逐渐升温变红，由粗 糙变光滑并很快显示镜子样光亮，出现火焰倒影，即所谓镜面反光效应时 实质是覆盖在液固相涂层金属表面的融熔状态的薄层熔渣，频感应加热重熔工艺技术的研究，并已得到了应用。 普通的感应重熔工艺是先在工件表面喷涂合金粉末，然后再进行感应重熔。 这在定程度上限制了该技术的应用范围。免喷涂感应重熔技术避免了粉末在飞 行过程中的氧化及基材因受高温而发生的氧化。此外还可以减少合金粉末的浪费。 从工艺的角度看，此方法不仅免去了喷涂步骤，更重要的是对于小直径内孔壁或 复杂曲面等部位，可以很容易的进行涂敷和重熔，因此具有实际应用价值。 目前，免喷涂感应重熔技术得到了很大发展，国内学者张增志首次研究了用 黏结的方法制备预涂层，用高频感应进行熔涂的技术，该技术与涂层熔涂的传统 技术相比，有熔涂速度快界面结合力大涂层质量优良成本低适于批量生湖北汽车工业学院毕业设计论文 产等优点。哈尔滨理工大学的逯允龙等人也研究了免喷涂感应熔涂工艺，是以铁 基合金粉末为原料，添加定比例的粘结剂和活性剂，冷涂于工件表面，结合感 应重熔技术，获得了优良的表面合金涂层。并且由于免去了热喷涂工艺步骤，降 低了生产成本，提高了熔涂效率。另外，添加活性剂明显缩短了开始熔化时间， 提高了涂层冶金质量。在技术性能方面些学者指出采用同种镍基合金粉末， 感应熔涂涂层的表层硬度高于同种材料的氧乙炔喷焊涂层和激光熔涂涂层的硬 度。就表面形貌而言，感应熔涂涂层表面平整，明显优于激光熔涂涂层，也优于 氧乙炔喷焊涂层。感应熔涂涂层的后续加工量很少。感应熔涂涂层的耐磨性优于 激光熔涂涂层和氧乙炔喷焊涂层。同种镍基合金粉末，感应熔涂涂层的腐蚀速度 明显低于氧乙炔喷焊涂层和激光熔涂涂层。 总的来说，自熔性合金涂层感应重熔工艺可获得良好的涂层，提高了涂层的 耐磨性，也改善了操作者的劳动环境。感应加热技术用于自熔性合金涂层重熔， 是重熔工艺的大进展，该工艺有很大的发展前景，在生产实际中将得到广泛的 应用。 主要研究内容 本课题主要研究的内容是自熔性合金感应重熔涂层的磨损性能，具体内容包 括以下几个方面 重熔涂层的磨损曲线分析。 重熔涂层的磨损形貌分析。 涂层制备工艺和磨损性能之间的关系。湖北汽车工业学院毕业设计论文 第章实验方法 实验所用材料 自熔性合金粉末 自熔性合金粉末是指在镍钴铁铜基合金中加入能形成低熔点共晶体的 合金元素而形成的系列粉末材料。这种合金粉末在高温下，合金元素之间会发 生冶金化学反应，放出大量热量，因而具有自熔性。 本实验所用的自熔性合金粉末为和粉末。 表合金粉末化学成分质量分数 其余 粉末是在粉末中加入了的。 和粉末粒度均为目。 硼和硅在自熔性合金中的作用 硼和硅都能与镍形成低熔点共晶体，使合金的熔点显著下降。硼和硅与氧有 很强的亲和力，能还原周围金属氧化物且所生成的氧化物密度小黏度小流动 性好，极易浮于熔池表面，即所谓的脱氧造渣。除此之外，硼硅元素对镍有固 溶强化和沉淀硬化作用以及改善合金工艺性能的作用。 碳在自熔性合金中的作用 碳在镍中的固溶度很小。碳能与铬形成硬质相碳化物，提高合金涂层的硬度 和耐磨性。 铬在自熔性合金中的作用 铬与镍形成完全固溶体，起固溶强化的作用，同时也使固溶体电位增高，起 到钝化防腐蚀的作用。富余的铬容易与合金中的碳和硼形成碳化铬和硼化铬硬质 相，提高合金的硬度和耐磨性。 碳化钨在自熔性合金中的作用湖北汽车工业学院毕业设计论文 碳化钨颗粒弥散在自熔性合金中，显著地提高了合金的硬度和耐磨性，同时 使合金具有很好的红硬性和抗氧化性。 实验所用自熔性合金粉末的基本特性 熔点低 镍基自熔性合金的熔点纯镍熔点为 含型自熔性合金的熔点熔点 本实验所用的和经型差热分析仪测量分析后的熔点 分别为和。 自脱氧造渣 自熔性合金粉末的熔化过程是个特殊的冶金过程，熔化时来自空气中的氧 会不断地侵入熔化的金属，使之生成各种氧化物。这些氧化物应及时从熔化金属 中排出。自熔性合金粉末中含有定量的硅和硼，由于硼与氧的亲和力高于镍与 氧的亲和力，因此硼能还原镍的氧化物而生成氧化硼。氧化硼的熔点很低约 ，可是黏度很大，它不容易浮出熔化金属表面，而硅又是另种较好的自 熔性元素，硅不但能还原镍的氧化物而生成氧化硅，而且氧化硅又可以与氧化硼 起生成黏度小的硅酸硼溶剂，并与其它金属化合物起形成硼硅酸盐玻璃渣， 浮出熔化金属表面，完成脱氧造渣过程。 多种强化相组织结构 与通常的单金属组织结构比较，自熔性合金的组织结构比较复杂，它具有多 种强化相组织结构。主要强化相如下 固溶体强化相镍基自熔性合金主要是硅在镍中的固溶体。 化合物强化相自熔性合金的组分较多，各种组分间发生化学反应就组成了 各种化合物。各种自熔性合金中主要形成的化合物强化相如下 硼化物 碳化物。 上述各种化合物强化相均是自熔性合金的高硬质点，显著地提高了自熔性合 金的硬度和耐磨性。 基体材料湖北汽车工业学院毕业设计论文 基体材料为钢。试样为和的圆柱体棒料。 冷涂涂层所用黏结剂材料 涂层所用的黏结剂为焊条的药皮黏结剂硅酸钠水玻璃和松香。 磨损实验所用试样 上试样为的销样，下试样为贴有砂布的的盘样，砂布 规格为号的砂布。 实验方法 预处理 熔涂件表面预处理要达到以下个目的 粗化表面使被熔涂表面具有定的粗糙度，以利于粉料与基材表面的镶 嵌填塞作用。 净化表面去除被熔涂表面的各种杂物，特别是油污，以利于熔融粉粒与 基材表面的润湿和冶金结合。 活化表面使被熔涂表面形成活化能力，如晶格缺陷塑性变形，产生 定的应力状态，以利于粉粒与基材表面快速融合。 预处理是表面熔涂的第步，也是非常重要的步，个纯净粗糙的金属表 面能大大提高与涂层的结合力，还能提高涂层的质量。预处理的工艺步骤如下 表面预加工 用砂轮或砂纸对被涂表面进行打磨，除去被涂表面的氧化层疲劳层，净化 粗化工件表面，并使表面平整以使涂层厚度均匀。 清洗 用丙酮清洗待涂表面的油污及杂质，以免影响重熔涂层的质量。 涂层的预制备 本实验是用黏结剂将自熔性合金粉末直接冷涂在基体上，经烘干后进行重熔。湖北汽车工业学院毕业设计论文 摘要 本文采用冷态涂敷方法，用水玻璃和松香作黏结剂，在钢表面涂敷了镍基 自熔性合金粉末和，利用炉内加热和感应加热的方法对涂层进行 了重熔处理，并对重熔试样进行了销盘式磨粒磨损实验对重熔涂层进行了显微 硬度分析和金相组织分析，利用扫描电子显微镜对涂层磨损后的形貌进行了 分析。结果表明重熔涂层具有很高的耐磨性，明显高于钢淬火后的试样 重熔涂层的耐磨性稍高于重熔涂层感应重熔涂层的耐磨性要高于 炉内重熔的涂层用松香作黏结剂的涂层稍高于用水玻璃作黏结剂的涂层重熔 涂层磨损表面的形貌表明磨损属于磨粒磨损。 关键词自熔性合金，感应重熔涂层，炉内重熔涂层，镍基，磨粒磨损湖北汽车工业学院毕业设计论文 ， ， ， ， ， ， ， ， ，湖北汽车工业学院毕业设计论文 目录 第章概论 课题背景及意义 本课题及相关领域的国内外现状及发展 金属表面涂层强化发展现状 重熔方式简介 重熔涂层的研究现状及发展 主要研究内容 第二章实验方法 实验所用材料 自熔性合金粉末 实验所用自熔性合金粉末的基本特性 基体材料 冷涂涂层所用黏结剂材料 磨损实验所用试样 实验方法 预处理 涂层的预制备 炉内重熔 感应重熔 磨损实验 实验设备 第三章实验结果及分析 涂层磨损实验结果 涂层随时间变化的磨损曲线 涂层随载荷变化的磨损曲线 涂层磨损形貌分析 第四章结论