轉(zhuǎn)弧電流對等離子弧噴焊鎳基合金性能的影響

轉(zhuǎn)弧電流對等離子弧噴焊鎳基合金性能的影響

當?shù)然姾附訒r，利用等弧作為高溫光源，采用金屬粉末作為表面活性劑的新技術(shù)。這是一種新型表面硬化或材料保護技術(shù)之一。目前等離子弧噴焊技術(shù)已廣泛應(yīng)用于機械制造、石油化工等行業(yè)。在等離子弧應(yīng)用過程中,等離子弧可與激光、電弧共同作用進行復(fù)合熱源噴涂,有一定的效果。鎳鎳基基粉粉末末主主要要是是鎳鎳鉻鉻硼硼硅硅合合金金和和鎳鎳硼硼硅硅合合金金,,是國內(nèi)外高質(zhì)量的等離子堆焊普遍采用的合金粉末。該類合金的共同點是熔點低且自熔性好,具有良好耐磨、耐蝕和抗氧化性能;鎳基固溶體的高溫和常溫力學(xué)性能良好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好、韌性優(yōu)異,可作為熔覆層的連續(xù)相。本研究在Q345鋼材基體上制備鎳基合金噴焊層,試驗測試和討論噴焊層硬度分布特征和耐磨性能,為后續(xù)耐磨噴焊層的制備以及工程施工應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)參考和指導(dǎo)。1實驗材料和方法1.1等離子噴焊用粉末試驗基體材料選用Q345低合金鋼,其主要化學(xué)成分如表1所示?；w材料被加工成150mm×50mm×20mm的試樣,噴焊前用機械打磨法去除工件表面在軋制、切削等過程中產(chǎn)生的油污,清理表面的鐵銹、氧化皮等不利于噴焊處理的污物,并且用丙酮清洗以獲得潔凈表面。等離子噴焊所用粉末的化學(xué)成分必須滿足要求,且粒度分布均勻、流動性良好,涂層的使用性能滿足要求。試驗中使用DG.Ni60A和DG.Ni60WC25兩種牌號的鎳基合金粉末。其中DG.Ni60A粉末耐蝕性和潤濕性良好,同時硬度高、耐磨性優(yōu)良、摩擦系數(shù)低,是用于拉絲滾筒、凸輪、輸送輥等高耐磨耐腐蝕零部件的修復(fù)和強化的典型粉末合金。DG.Ni60WC25的特點是超硬、耐磨粒磨損,主要用于導(dǎo)板、刮板、風機葉片等。DG.Ni60A化學(xué)成分如表2所示;DG.Ni60WC25是75%DG.Ni60A和25%WC混合制成,DG.Ni60A和WC粒度均為325目。噴焊實驗設(shè)備采用九江貝斯特生產(chǎn)的L5-400型等離子噴焊設(shè)備,在自制直焊道噴焊裝置上進行試驗,工藝參數(shù)如表3所示。1.2砂布硬度和耐磨性在所制備的噴焊層上用線切割方法垂直于噴焊層切取規(guī)格為50mm×20mm的金相試樣,經(jīng)過磨制、拋光后使用鹽酸+苦味酸+酒精溶液浸蝕,隨后在金相顯微鏡下進行觀察。采用MICRO-586型硬度計測試試樣硬度。硬度測試載荷為10000g,保壓時間10s,硬度點間隔0.5mm。采用自制插銷式磨損試驗機,將砂布固定在輪盤上進行噴焊層的二體磨損試驗。該試驗機使用單片機控制轉(zhuǎn)臺的起動、調(diào)速和停止,同時采用重量法來評定個周期磨損試驗后噴焊層的耐磨性。磨損試驗的基本參數(shù)如表4所示。2結(jié)果與分析2.1噴焊層硬度與比兩種粉末在不同轉(zhuǎn)弧電流下噴焊層硬度的分布如圖1所示。PTAhardfacinglayer由圖1可知,各噴焊層硬度較基材都有大幅度的提高,使得材料耐磨性較好。同時噴焊層能達到的最大硬度與添加相和轉(zhuǎn)弧電流均有較大關(guān)系,添加硬質(zhì)相和使用合適的轉(zhuǎn)弧電流均可提高噴焊層硬度。2.2轉(zhuǎn)弧電流對鎳基合金噴焊層耐磨性影響取各類型磨損試樣失質(zhì)量均值作為該狀況下磨損失質(zhì)量,各狀況下噴焊層磨損失質(zhì)量如圖2所示。由圖2可知,噴焊DG.Ni60A合金粉末時,轉(zhuǎn)弧電流100A時,試樣磨損量為0.09057g;轉(zhuǎn)弧電流150A時,試樣磨損量達1.11617g,耐磨性指標相差十幾倍。DG.Ni60WC25合金粉末噴焊時,轉(zhuǎn)弧電流100A時,磨損失質(zhì)量為0.01883g,而在轉(zhuǎn)弧電流200A時,磨損失質(zhì)量高達0.74497g,耐磨性指標相差約40倍。通過直觀比較可知:轉(zhuǎn)弧電流對鎳基合金噴焊層耐磨性影響較大,這是由于轉(zhuǎn)弧電流不同而引起稀釋率不同,以及是否存在合金燒損、是否存在氧化等緣故,具體機理還需要進一步研究。另外,DG.Ni60A合金粉末在轉(zhuǎn)弧電流150A時的磨損失質(zhì)量高達1.11617g,而DG.Ni60WC25合金粉末磨損失質(zhì)量最低0.01883g、最高0.74497g。由此可知,硬質(zhì)相WC的添加對噴焊層耐磨性的提高起到了積極作用;同時,DG.Ni60WC25合金粉末在150A、170A、200A轉(zhuǎn)弧電流下的磨損失質(zhì)量分別是0.12373g、0.1071g、0.74497g,即隨轉(zhuǎn)弧電流增大,磨損失質(zhì)量增加,表明復(fù)合材料粉末不適用于較大的轉(zhuǎn)弧電流噴焊條件。而DG.Ni60A合金在轉(zhuǎn)弧電流100A時的磨損失質(zhì)量為0.09057g。在低轉(zhuǎn)弧電流情況下,未添加硬質(zhì)相WC的噴焊層其耐磨性更好。分析可知:硬質(zhì)相WC彌散分布于基體中可以提高噴焊層的耐磨性,轉(zhuǎn)弧電流較小時噴焊層稀釋率較低,轉(zhuǎn)弧電流提高的同時存在合金元素燒損及氧化的可能性等,最終噴焊層的耐磨性是這些因素共同作用的結(jié)果。鑒于此,等離子噴焊鎳基合金耐磨性能需要從材料成分、轉(zhuǎn)弧電流以及各個因素間相互關(guān)系等方面進行深入分析。2.3發(fā)揮材料的耐磨性噴焊層經(jīng)過磨損試驗后在光學(xué)顯微鏡下的微觀形貌如圖3所示。圖3中的磨痕主要是較硬的沙粒在接觸面上的微切削形成的擦傷、反復(fù)擠壓產(chǎn)生犁溝共同造成的。較硬沙粒通過微切削使得接觸面上形成犁溝,犁溝再經(jīng)過其他沙粒反復(fù)磨損形成磨屑剝落造成材料磨損。DG.Ni60A粉末噴焊層的耐磨性,由圖3a和圖3b可知:圖3a中犁溝及剝落坑都較圖3b中淺而少,進而從側(cè)面反映出其相對較耐磨。DG.Ni60WC25粉末噴焊層的耐磨性:圖3c中犁溝和剝落組織明顯淺而少;圖3d中犁溝稀疏但剝落坑較少;圖3e中犁溝細密且剝落坑小;圖3f中犁溝稀疏且剝落坑多且大,犁溝和剝落坑的分布、形狀、數(shù)量都反映材料本身的耐磨性。同時,未發(fā)現(xiàn)含WC和未含WC的噴焊層磨損形貌方面的顯著差異。3噴焊鎳基合金涂層與復(fù)合材料涂層的復(fù)合(1)轉(zhuǎn)弧電流對鎳基合金粉末等離子噴焊層的耐磨性影響較大,在較大轉(zhuǎn)弧電流條件下的涂層耐磨性較低。(2)等離子噴焊鎳基合金添加高硬度硬質(zhì)復(fù)合材料,得到耐磨性更好的涂層。涂