等离子激光熔脂轰炸什么都能熔掉

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-01-21 19:59 标签： 等离子激光熔脂
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一线工程师对等离子熔覆与激光熔覆的对比
激光熔覆最重要特点是热量集中，加热快冷却快热影响区小，特别对不同材质之间熔融有着其它热源无法比拟的特点。
　　三、 关于熔覆中的几个问题　　1. 关于焊接应力：必须建立一个概念，不管使用了什么样的名词（如焊接&堆焊&喷焊&熔覆等）都是在加热的情况下，在金属基体上的熔铸，那么从加热到熔铸，再到冷却这一过程中，必然产生应力。除了极特殊材料，一般影响最大的还是收缩应力，不同的焊接方式，无非是从加热方式速度，填充材料和一些其它条件不尽相同。那么减少这种应力对基体及熔铸层的影响，都是工程师追求焊接质量时要考虑的重要方面。编者以为，收缩应力无法避免，那么应力释放才是解决焊接应力问题的关键。也就是说这种收缩应力释放到哪里，从机体到熔铸区域应力如何分配，才是需要而且能够解决的问题。　　2. 为什么（熔覆）变形小：主要是熔铸区域小，过渡区域小，收缩量小。那么材料在收缩过程中所产生的收缩力，不足以使整个机体变形。这就是所谓不变性的原因（所以当机体尺寸过小时同样会产生变形）这也是焊接（熔覆）的优势。那么这种焊接应力到哪里去了呢？它主要是释放到熔铸区域和过渡区域了。那么这就产生了两个问题。一是熔铸区容易产生裂纹，所以激光熔覆对材料的延展性要求比较高，如镍基粉末；二是过渡区应力大，由于激光焊接过程中加热快冷却快，产生的过渡区尺寸过小，造成这一区域应力集中，这就影响了激光焊接（熔覆）的结合效果。特别是在基体与焊材机械性能相差较大时，倾向更严重，甚至产生脱落现象，这就要求在激光熔覆时格外注意过渡层的材质和厚度设计。　　3. 为什么等离子熔覆（堆焊）不易产生裂纹&气孔等缺陷：主要原因有三。一是等离子做热源进行熔覆（堆焊）与埋弧焊气保焊等热量更加集中，离子弧稳定性更好，没有电极熔耗，输出热量均匀，便于控制，这样使得熔铸区热量分布均匀，材料熔合充分均匀，排气浮渣都充分，收缩应力分布均匀。二是由于等离子设备控制精度高，对熔铸区和过渡区的控制方便，且均匀度好，应力分配更容易控制合理。三是用氩气保护不需要各种添加剂，也不存在排氢，氧化等问题，所以等离子熔覆（堆焊）更适合大面积，大厚度，高质量的硬面熔铸（如高锰&高铬陶瓷材料等）适合于制造耐磨板、阀门、轧辊等。　　4. 熔覆的工艺性：关于激光熔覆和等离子熔覆，有许多同行发表了很多文章，大部分都强调激光的优势，这也是大家所追求的目标。然而，多数是从微观角度用金相分析的方法评价激光的。但凡事都有其两面性，激光熔覆也有其劣势。在工艺方面就有许多限制，在生产实际中更需要高的操作技能，给许多客户造成困难。编者认为主要是加热快，冷却快造成的熔覆层熔融时间过短造成光斑外缘和内缘差别大，组织形成不均匀，应力分配不匀，排气浮渣不充分，造成硬度不均，易形成气孔夹渣等问题，难以获得大面积完美的熔覆层，YAG激光尤其为甚。所以激光熔覆从选材到操作都应格外细致。等离子熔覆相对激光讲输入热量大，基体变形量比激光大。但其熔融充分，硬度分布均匀，排气浮渣彻底。材料选择范围广，易于操作，易获较为完好的整体熔覆层，成本低，效益好。因此在大面积，大厚度，熔覆方面有着明显优势。&
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最具影响力中文军事论坛 - Most Influential Chinese Military Forum等离子体熔覆
中科院物理研究所杨思泽课题组
Brief introduction to Prof. Si-Ze Yang’s group
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等离子体熔覆
&&&&在各类广泛应用的表面工程技术中，激光熔覆、等离子转移弧熔覆、火焰喷涂以及等离子喷涂均可以制备较厚的涂层。由于火焰喷涂及等离子喷涂会产生巨大的噪声，以及大量的灰尘及紫外线，因此会严重污染环境；同时，在喷涂过程中，合金粉末经过高温区域时，其中的部分合金元素会被氧化，甚至烧蚀掉。另外，火焰喷涂及等离子喷涂技术制备的涂层与基底之间是机械结合，因此，涂层不能承受较大的载荷及冲击。由于激光的能量转换率很低(大约只有10％-25％之间)，而且由于设备费用很高，因此其应用受到了限制；同时，其应用还依赖于块体材料的反射率，因此，激光熔覆工艺的大规模工业应用目前仍受到很大限制。等离子转移弧熔覆技术焰流具有极高温度(高达20,000-30,000℃)，优异的电弧稳定性，工件热变形率低，以及涂敷速度快等优点。等离子熔覆技术是上述各种表面改性工艺中的较理想的一种。近几年在该领域研究取得了很多进展。
&Cr7C3以高的硬度，优异的耐磨性，以及耐腐蚀抗氧化性能著称，因此，常用作复合涂层中的强化相。铁基底中的固溶体γ-Fe具有良好的延展性以及很高的强度，同时可与硬质相Cr7C3兼容。因此，包含碳化物(Cr,Fe)7C3 强化相，并且以韧性相γ-Fe-(Cr,Fe)7C3共晶相为织构的复合涂层，在干滑动磨损的条件下，具有优异的耐磨性能。
DRF-1型等离子转移弧熔覆装置
1. 等离子体熔覆(Cr,Fe)7C3复合涂层的制备及其性能
等离子熔覆复合涂层的XRD衍射图谱
经使用(wt.%) Fe-38Cr-4.5C-5Ni的粉末等离子熔覆后，
在45钢表面得到了主要包含 (Cr,Fe)7C3和γ-Fe固溶体相的复合涂层
等离子熔覆(Cr, Fe)7C3增强复合涂层的典型微观结构
(a) 和 (b)分别为光学显微镜和扫描电镜的结果
涂层的显微组织结构为大量不规则块状增强相和少量树枝状晶组成，
涂层中主要组成相为(Cr, Fe)7C3，而树枝状细晶可标定为(Cr, Fe)7C3和铁基固溶体奥氏体γ相
(Cr,Fe)7C3增强复合涂层的共晶组织SEM形貌
&&& 由于碳化物(Cr,Fe)7C3具有很高的熔点，同时在凝固过程中，(Cr,Fe)7C3具有最负的自由形成能，因此在凝固过程中，(Cr,Fe)7C3相首先从熔液中析出。随着凝固过程的进行，残余的熔融中Cr及C元素含量极其微弱，此时发生共晶转变。形成了如上图所示的细晶(Cr,Fe)7C3共晶组织。由于铁基固溶体γ中Ni元素达到饱和状态，可以假设，由于细晶的增强作用，以及固溶强化作用，(Cr,Fe)7C3/γ-Fe共晶组织的强度和韧性可以得到很大程度的提高。
SEM像 (Cr,Fe)7C3增强复合涂层与45钢之间呈冶金结合&&&&&& &&& (Cr,Fe)7C3增强复合涂层横截面显微硬度分布曲线
在整个涂层中，原始 (Cr,Fe)7C3增强复合涂层具有较高的均匀硬度分布，
但在熔敷的结合区，初生的(Cr,Fe)7C3碳化物的密度相对比较低
样品磨痕表面SEM形貌：(a) 45钢；(b) (Cr,Fe)7C3碳化物增强复合涂层
等离子熔覆(Cr,Fe)7C3增强复合涂层的相对耐磨性比对比试样45钢高35倍
(Cr,Fe)7C3增强复合涂层及45钢样品摩擦系数随时间的变化曲线
&&& (Cr,Fe)7C3碳化物增强复合涂层的摩擦系数在0.3左右处摆动，明显低于45钢试样的摩擦系数（后者为0.6）， (Cr,Fe)7C3增强复合涂层的显微结构特征为高硬度、耐磨损的碳化物均匀分布在具有优异延展性的细小的(Cr,Fe)7C3/γ-Fe共晶基体中。这种新颖的微观结构特征确保了 (Cr,Fe)7C3碳化物增强复合涂层具有优良的耐磨性。
2. 等离子体熔覆对盾构刀具的处理
利用等离子熔敷技术，使用质量分数(wt.%) Fe–38Cr–4.5C–5Ni的粉末在盾构刀具后刀面上制备了(Cr,Fe)7C3复合涂层。经过利用等离子熔覆技术进行处理后的盾构刀具外观如下图所示。将处理后的刀具应用到北京地铁十号线第九标段的施工现场。在此施工标段，由于土质较好，盾构刀具的磨损都比较轻微，盾构机的推进效率也比较高，达到1.5环/日。盾构机在此标段推进3.8km（往复两个标段，即相当于四个标段）到达接收井后，我们在现场检验了刀具的磨损状况，将经镀膜处理前后的刀具进行了对比。
采用等离子熔覆技术对后刀面进行处理后的盾构刀具
经熔覆处理的刀具在推进3.8km后的外观
熔覆处理前后的刀具推进3.8km后的对比
未经处理的盾构刀具，在推进3.8km后，后刀面的高度下降很多，硬质合金刀片已经有很大程度的暴露；而经等离子熔覆技术制备了(Cr,Fe)7C3复合涂层的盾构刀具，其涂层仍然存在，只有极轻微的磨损迹象，后刀面刀体部分没有发生丝毫的磨损。
等离子熔覆技术制备的硬质复合涂层，能够适应盾构刀具苛刻的服役条件，能够有效的提高刀具的使用寿命，大大降低地铁施工过程中刀具的成本，以及更换刀具所引起的危险及工时的浪费，显著提高地铁施工的效率，以降低整个地铁施工的成本，具有很好的推广应用的价值。

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