高效感应重熔自动化设备的研制与应用

为了解决传统涂层制备工艺不能兼顾涂层质量和生产效率的难题,基于PLC控制技术,研制了高效感应重熔自动化设备,实现了感应加热温度的自动化控制及感应重熔的高效化。利用该自动化设备制备了镍基感应重熔涂层,分别与采用火焰喷焊、等离子喷焊技术制备的涂层进行了微观组织、显微硬度对比分析,并对三种制备工艺的经济性及生产效率进行了对比分析。结果表明,与火焰喷焊涂层和等离子喷焊涂层相比,感应重熔涂层的微观组织更加致密细腻、孔隙率较小、显微硬度较高;其直接生产成本仅为火焰喷焊、等离子喷焊的30.6%、46.3%,而生产效率远高于其他两种工艺。因此,设计的高效感应重熔自动化设备不仅能够保障涂层质量,而且具有较高的生产效率和较好的经济性。     

枪管长度和喷涂距离对超音速火焰喷涂制备纳米WC-12Co涂层组织和硬度的影响

以纳米WC-12Co粉末为喷涂喂料,采用超音速火焰喷涂工艺,在其它喷涂工艺参数优化的条件下,只改变枪管长度和喷涂距离,在Q235钢基体上制备了八种涂层;用X射线衍射仪和扫描电镜对喷涂粉末及涂层进行了相结构和形貌分析,探讨了枪管长度和喷涂距离对涂层显微硬度、相结构以及表面形貌的影响。结果表明：与喷距相比,枪管长度是影响纳米WC涂层显微硬度的主要因素,用长枪管制备的涂层比短枪管制备的涂层分解严重,但相应涂层的显微硬度却显著提高;当枪管长度相同时,喷距变化也会对涂层的相结构、表面形貌和显微硬度产生一定的影响。     

钛材上火焰喷焊Ni-WC耐磨涂层的组织和性能

研究了在钛合金Ti-6Al-4V表面上采用火焰喷焊技术制备镍基碳化钨型自熔性合金涂层的可行性,利用SEM、XRD等手段分析了它的组织和性能。结果表明：采用火焰喷焊技术在钛合金表面上获得了功能梯度涂层,Ni-WC涂层为韧基体＋硬质相的耐磨组织,涂层和过渡层之间形成了韧性镍基合金层,在涂层、过渡层和基体之间形成了牢固的冶金结合,涂层的组织和显微硬度沿层深方向呈连续性和渐变性,喷焊表层中WC起到了主要的抗磨作用,涂层磨损失重仅为未喷焊钛合金的1／10。     

等离子涂层热震过程中显微组织及热震性能研究

用等离子喷涂法制备了ZrO2陶瓷与NiCrAl金属涂层，采用扫描电镜(SEM)和能谱成分分析技术，对涂层热震过程中的显微组织变化和抗热震性能进行了研究。     

超声速等离子喷涂Ni60A涂层的滚动接触疲劳寿命*

制备高质量的超声速等离子喷涂Ni60A涂层,并研究该涂层的滚动接触疲劳性能及寿命。通过正交试验对Ni60A涂层的4个主要喷涂工艺参数(喷涂电压、喷涂电流、Ar气流量和喷涂距离)进行优化设计,通过分析孔隙率和显微硬度值的大小,综合评价喷涂层质量。利用Image J2x孔隙率计算软件计算涂层孔隙率,利用扫描电镜分析Ni60A粉末和喷涂层的微观结构,采用显微硬度计测定涂层的显微硬度,利用RM-1接触疲劳/磨损多功能试验机对涂层进行不同载荷条件下的接触疲劳试验,并建立Weibull失效概率图。结果表明,通过正交试验可以获得高质量的超声速等离子喷涂Ni60A涂层,超声速等离子喷涂Ni60A涂层的最优喷涂工艺参数为：喷涂电压170 V,喷涂电流370 A,Ar气流量110 L/min,喷涂距离110 mm,通过最优参数制备得到的Ni60A涂层的孔隙率为1.05%,显微硬度为1 086 HV_0.2;在不同接触应力水平下,Ni60A涂层的寿命服从Weibull分布,通过Weibull失效概率图可以在一定范围内预测某一工作载荷下涂层的接触疲劳寿命。     

不同喷涂工艺制备的Al_2O_3-13%TiO_2涂层表面自由能与冲蚀磨损性能研究

采用接触角测量仪和冲蚀磨损试验机等设备,研究超声速等离子喷涂与普通大气等离子喷涂两种技术制备的Al_2O_3-13%TiO_2涂层的表面自由能和冲蚀磨损性能,并对涂层的显微硬度、孔隙率及成分进行检测分析。研究结果表明,普通大气等离子喷涂技术制备的涂层,其表面和内部结构疏松,孔隙率及显微硬度分别为6.653%和836.93 HV0.1。而超声速等离子喷涂技术制备的涂层,孔隙率及显微硬度分别为3.467%和1 078.68 HV0.1,相比普通大气等离子喷涂而言,超声速等离子喷涂制备的涂层整体性能较为优异。通过对两种涂层的结构和表面自由能分析发现,超声速等离子喷涂Al_2O_3-13%TiO_2涂层由于结构致密、表面自由能较低而具有较为出色的冲蚀磨损性能。     

冷喷涂Cu-Zn-Al_2O_3修复斯太尔发动机水道腐蚀区域的涂层性能分析

采用冷气体动力喷涂技术,喷涂超细Cu-Zn-Al2O3复合粉来修复斯太尔发动机水道腐蚀区域,并对冷喷涂层的显微结构、物相组成和力学性能进行了表征。实验表明,超细Cu-Zn-Al2O3复合粉经超音速冷喷涂制备的涂层可与发动机缸体基体结合牢固,显微组织致密,测得的涂层抗拉强度值达到28.87 MPa,涂层表面硬度均值143.6HV0.05,耐磨性是斯太尔发动机基体的5.035 5倍,延长了设备服役期。     

曲轴再制造耐磨熔覆层工艺参数优化

为了利用等离子喷焊技术对磨损曲轴进行再制造修复,采用正交试验优化等离子喷焊制备耐磨熔覆层的工艺参数。在45钢样件表面制备了Ni60耐磨熔覆层,研究了多因素作用下喷焊电流、喷焊速度和送粉流量对熔覆层显微硬度、磨损体积的影响规律;采用单因素试验对最优工艺参数下制备的熔覆层性能进行了验证与表征,并成功应用到磨损曲轴的再制造修复中。结果表明:在一定范围内,送粉流量是影响熔覆层显微硬度和磨损体积的最显著因素,且随着送粉流量的增加,熔覆层显微组织由柱状晶向树枝晶、等轴晶转变,组织性能得到改善,显微硬度和耐磨性也显著提升;最优工艺参数为喷焊电流100A,喷焊速度70mm/min,送粉流量22g/min;使用最优工艺参数再制造修复的曲轴主轴颈表面质量良好。     

[机械装备再制造]曲轴再制造耐磨熔覆层工艺参数优化

为了利用等离子喷焊技术对磨损曲轴进行再制造修复,采用正交试验优化等离子喷焊制备耐磨熔覆层的工艺参数。在45钢样件表面制备了Ni60耐磨熔覆层,研究了多因素作用下喷焊电流、喷焊速度和送粉流量对熔覆层显微硬度、磨损体积的影响规律;采用单因素试验对最优工艺参数下制备的熔覆层性能进行了验证与表征,并成功应用到磨损曲轴的再制造修复中。结果表明：在一定范围内,送粉流量是影响熔覆层显微硬度和磨损体积的最显著因素,且随着送粉流量的增加,熔覆层显微组织由柱状晶向树枝晶、等轴晶转变,组织性能得到改善,显微硬度和耐磨性也显著提升;最优工艺参数为喷焊电流100A,喷焊速度70mm/min,送粉流量22g/min;使用最优工艺参数再制造修复的曲轴主轴颈表面质量良好。     

喷涂距离对等离子喷涂Cr_3C_2-25NiCr涂层性能的影响

采用等离子喷涂方法制备Cr_3C_2-25NiCr高温耐磨涂层,采用XRD、SEM和万能试验机等对涂层的显微组织及性能进行了分析。实验结果表明,喷涂距离影响涂层的性能,喷涂距离为100mm时,工作涂层的最大厚度为197.46μm,最大显微硬度达到1470.5HV,且有较高的结合强度和较好的耐磨性能。     

超音速火焰喷涂T800涂层的金相评估与性能分析

采用超音速火焰喷涂技术,并选取不同喷涂工艺参数制备了T800涂层的金相试样。利用金相显微镜对涂层组织结构进行了研究,并通过显微硬度测试、表面硬度测试、拉伸试验等测试方法确定涂层的最佳喷涂参数。     

热喷涂焊层的车削加工

目前,热喷涂焊层主要靠磨削加工,效率低,成本高。探索车削加工,对推广喷涂和喷焊新技术有着重大意义。喷涂层的车削加工用氧乙炔焰的金属扮末喷涂,在粉末喷涂过程中,工件温度在280℃以下,涂层的结合机理为机械结合,结合强度低(3～7公斤/毫米~2),涂层硬     

火焰喷焊和等离子堆焊制备Ni60及Ni60-WC涂层的组织与性能

采用火焰喷焊与等离子堆焊工艺分别制备了Ni60与Ni60-WC涂层,对比研究了两种涂层的显微组织、物相组成、硬度和耐磨性能。结果表明:Ni60与Ni60-WC喷焊层比相应堆焊层的内部缺陷多、孔隙率高;喷焊层硬度曲线波动大,堆焊层硬度分布均匀;喷焊层磨损表面粗糙,划痕较多,而堆焊层磨损表面平滑;WC颗粒的添加提高了喷焊层与堆焊层的硬度和耐磨性;火焰喷焊工艺下,WC颗粒的添加使得涂层孔隙率增大,WC颗粒发生一定的脱碳,而等离子堆焊工艺下WC颗粒的添加对涂层孔隙率影响不大,WC颗粒能较完整地保存在涂层内。     

球形铸造碳化钨对PDC钻头喷焊层冲蚀性能的影响

本研究采用氧乙炔喷焊方法制备了不同含量的球形碳化钨和多角状碳化钨颗粒增强的镍基喷焊涂层,研究了钢体PDC钻头碳化钨喷焊层的抗冲蚀性能。结果表明：随着球形碳化钨含量的降低,喷焊层的显微硬度降低,断裂韧性增加,孔隙率先增大后趋于稳定;喷焊涂层的抗冲蚀性随球形碳化钨含量的降低呈先降低后升高的趋势,耐腐蚀性是影响喷焊涂层抗冲蚀性最主要的因素。当球形碳化钨含量为30%时,样品抗泥浆腐蚀性能最差,腐蚀—冲蚀互作用最强,导致样品受冲蚀磨损最严重。建议球形碳化钨含量不低于40%,可以保持喷焊层较高的硬度和抗冲蚀性能。     

纳米SiC含量对Fe/WC金属陶瓷涂层组织及性能的影响

在等离子喷涂Fe基WC涂层的表面预置不同厚度的纳米SiC粉末,通过激光重熔工艺制备出不同纳米SiC含量的涂层。利用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对重熔层的金相组织、微观形貌、相成分进行分析;利用显微硬度仪测试重熔层的表面和截面显微硬度;利用MMG-10型摩擦磨损试验机检测重熔层的耐磨性能。结果表明:随着纳米SiC含量的提高,重熔层的晶粒细化程度提高,孔隙的尺寸和数量降低,重熔层中CrSi_2、Cr_7C_3等硬质中间相增加,并且生成的新相(Fe_2Si、CrSi)也随之增多;涂层的显微硬度和耐磨性能也随着纳米SiC的增多而提高。     

等离子喷涂Cr3C2/MoS2复合自润滑涂层的摩擦学性能

等离子喷涂工艺作为一种表面强化方法,已广泛应用于耐磨、减摩、耐蚀和耐高温等功能涂层的制备.采用等离子喷涂技术,在Q235钢表面制备Cr3C2和Cr3C2/MoS2复合自润滑涂层.对涂层的耐磨特性进行摩擦磨损实验研究,测定显微硬度,并分析涂层的微观结构和物相组成.结果表明,Cr3C2及Cr3C2/MoS2复合涂层的表面硬度平均提高近9倍;在室温干摩擦条件下,Cr3C2型喷涂层的抗磨性能比Q235基体有大幅度提高,加入一定量的MoS2即可维持Cr3C2型涂层的高硬度和抗磨损性能,又可有效降低摩擦因数.     

超音速火焰喷涂制备WC-10Co-4Cr涂层工艺参数的优化

采用超音速火焰喷涂(HVOF)系统在Q235钢表面制备了WC-10Co-4Cr涂层,用正交试验方法研究了喷涂距离、氧气流量、煤油流量等工艺参数对涂层孔隙率和显微硬度的影响。结果表明:氧气流量是影响涂层孔隙率和显微硬度的最显著因素,煤油流量和喷涂距离的影响较小;最佳工艺参数为氧气流量897L·min-1、煤油流量0.38L·min-1、喷涂距离300mm,在此工艺参数下制备涂层的孔隙率为0.31%,显微硬度为1 323HV。     

等离子喷涂Al_2O_3-TiO_2/MoS_2陶瓷减摩耐磨涂层的结构与性能研究

采用等离子喷涂技术在钛合金表面制备Al2O3-TiO2陶瓷涂层,并用MoS2均匀填充涂层表面空隙,在TE66微磨粒磨损试验机上对涂层的摩擦学性能进行系统研究,利用扫描电镜、光学显微镜对涂层的表面形貌、元素构成、膜层厚度和磨斑形貌进行分析,并采用显微维氏硬度计和划痕试验机对涂层的显微硬度和结合强度进行测试。结果表明:涂层与基体之间的结合强度良好,显微硬度高达HV1 457,磨损失重量仅为未涂层样品的1.29%,摩擦因数大幅度降低,存在轻微的疲劳磨损特征。     

球体表面火焰喷焊制备Ni60涂层及耐磨性研究

采用氧-乙炔火焰喷焊工艺在316不锈钢球体表面喷涂镍基合金粉末(Ni60)涂层,然后对涂层的组织、物相、硬度及耐磨性进行测试和分析。通过SEM电竞扫描发现,粉末在高温熔融之后混合均匀,涂层内部存在较少缺陷。通过能谱线扫描可知,涂层与基体间存在20μm左右的过渡层,表明涂层与基体可达到比较强的冶金结合。由XRD物相分析可知,涂层经加热熔融形成硬质陶瓷相,可以提高涂层的耐磨性。由显微硬度计与摩擦磨损试验机分析可知,涂层的产生大幅提高球体表面硬度与耐磨性,有效延长球体零件的使用寿命。     

自熔性合金粉末氧—乙炔焰喷焊

自熔性合金粉末氧-乙炔焰喷焊,是用氧-乙炔焰为热源,将具有各种特性的合金粉末喷敷到工件表面上的一项新工艺。与喷涂及堆焊相比,金属喷涂的涂层与工件呈机械结合,涂层呈多孔性,而电弧堆焊的焊层与基体材料的冲淡率大,焊层表面不均匀,焊后需机加工时,切削余量较大,浪费材料较多。氧-乙炔焰喷焊则介于喷涂和堆焊之间,既能与喷涂一样使焊层薄而光滑,又如堆焊一样,焊层呈渗透结合,强度较高,且焊层与基材冲淡率基本不存在。只要选择各种不同性能的合金粉末,就能使工件表面达到HB200～