摘 要

等离子弧热喷焊技术是在20世纪 60年代被人们发现的。一种进行外表面防护和强化的热喷焊技术，运用等离子弧在普通材料表面喷焊高性能合金层，可喷焊出各种等离子喷焊涂层^[1]。

文章首先介绍了等离子喷焊和Ti（C，N）基金属陶瓷的发展进程，通过等离子弧热喷焊技术的运用，在45#钢板表面喷焊出Ti(C，N)基金属陶瓷复合涂层，中碳钢板经表面处理后硬度会提高，并且更加耐磨损。然后分析喷涂层的显微组织和显微硬度，观察表面形态和金相组织。通过对比试验观察烧结温度和Ni含量这两个因素和Ti(C，N)金属陶瓷微观结构和力学性能之间存在的某种联系或者规律。

成果表明，熔覆层和基体之间形成了结合区，通过等离子喷焊形成良好了冶金结合。等离子喷焊焊缝金相组织，45钢经喷焊后具有高硬度和高强度。基体和焊缝界面是有一定的厚度，在40μm左右，但厚度不均匀。通过控制变量对比试验，发现等离子喷焊电流在55A左右，喷嘴移动速度3CM/min得到的焊缝表面质量和性能最好。Ni含量越高，熔覆层与基体就越容易结合，且成型性较好。

1430℃下Ni含量为20%时Ti（C，N）金属陶瓷收缩率最大，Ni含量越低，对应的金属陶瓷收缩率越小。烧结温度对收缩率的影响比Ni含量影响大。当烧结温度一定时， Ni含量越高，其抗弯强度越大，也就是说材料的韧性更好。Ni含量较低时，金属陶瓷的抗弯强度就较小。

关键词：等离子喷焊；Ti(C，N)基金属陶瓷；金相组织；烧结

Abstract

Plasma arc thermal spray welding technology was conducted in the 1960 s a surface protection and strengthening of the thermal spray welding technology, the use of plasma arc in ordinary high performance alloy spray welding layers of materials, can be sprayed welding alloy powder materials [1].

This paper discusses the plasma spray welding and Ti (C, N) fund of ceramic characteristics and the development, proposed using plasma arc thermal spray welding technology on the surface of 45 steel preparation of Ti (C, N) fund belongs to the ceramic composite coating, has the high hardness and good wear resistance and other properties. And then analyzed the microstructure and micro hardness of the coating layer, to observe surface morphology and microstructure. The empty sintering temperature and the Ni content on Ti (C, N) metal ceramic microstructure and mechanical properties of impact.

The results show that the combination between the cladding layer and substrate is very tight, the forming good metallurgical combination. Ni content on the microstructure of plasma spray welding seam, medium carbon steel after spray welding has obvious better than the ordinary carbon steel with high hardness, high strength and wear resistance. Matrix - weld interface has certain thickness, but unevenly. By controlling the variable contrast test, found that the plasma spray welding current at about 55 a, nozzle movement speed 3 cm/min for weld surface quality and performance is best. Ni content is higher, the easier combination between spray welding layer and substrate, and the formability is best.

1430 ℃ under the Ni content is 20% when Ti (C, N) cermet shrinkage rate is the largest, the lower the content of Ni, the corresponding metal ceramic shrinkage rate is smaller. The influence of sintering temperature on the shrinkage rate than Ni content. Ti (C, N) cermet bending strength

Key Words: plasma spray welding; Ti (C, N) fund ceramic; metallographic structure; sintering

目录

第1章 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 热喷焊技术分类 1

1.3 等离子喷焊工艺 1

1.3.1 等离子喷焊原理 1

1.3.2 等离子喷焊的特点 2

1.3.3 等离子喷焊的研究现状及前景 2

1.4 Ti(C，N)基金属陶瓷 3

1.4.1 金属陶瓷的发展 3

1.4.2 Ti(C，N)基金属陶瓷的发展 3

1.5 本文研究目的及内容 4

1.5.1 研究目的 4

1.5.2 研究内容 4

第2章 实验部分 5

2.1 Ti（C，N）粉末制备 5

2.2 掺胶造粒 6

2.3 等离子喷焊工艺 7

2.3.1 喷焊工艺参数 7

2.3.2 喷焊层显微组织观察方法 8

2.4 Ti（C，N）基金属陶瓷 9

2.4.1 合金粉末模压成型 9

2.4.2 压坯真空烧结 10

2.4.3 金属陶瓷性能表征 10

第3章 结果与分析 13

3.1 喷焊层组织形貌分析 13

3.1.1 宏观金相观察 13

3.1.2 微观金相观察 13

3.1.3 孔隙观察 14

3.2 Ti（C，N）基金属陶瓷 15

3.2.1 收缩特性 15

3.2.2 金相观察 16

3.2.3 抗弯强度 18

3.3小结 20

第4章 结论 21

参考文献 22

致谢 23

第1章 绪论

1.1 前言

现如今，工业在不断发展，对刀具的要求也更高，比如人们想要质量更好，使用年限很长，硬度前度都很高的产品。但近些年来，原材料价格不断上涨，比较合理的方法是对材料进行表面处理。中碳钢在我国被使用的非常广泛，但在特定工况下，作为一种普通钢材，很容易被磨损，损坏。自TiC、TiN金属陶瓷问世以来，中间历经了几次工业革命，科研工作人员不断地重复试验，还有夜以继日的探索，Ti(C，N)基金属陶瓷终于出现在大众的视野材料，从此Ti(C，N)基金属陶瓷受到全球很多国家青睐，他们都不约而同的选择它作为该国切削刀具生产的主要原材料之一，其中经济强国日本切削刀具的三分之一采用 Ti(C，N) 基金属陶瓷制造，欧洲和美国切削刀具的10%以上也是采用了这种材料^[2]。

1.2 热喷焊技术分类

热喷焊技术是指当产生热源时，喷焊的材料在基体外表面重新熔化，形成熔池；使涂层与基体之间可以达到冶金结合的一种技术，它可以消除间隙^[3]。现如今在工业上运用较为广泛的有比如氧乙炔火焰喷焊、激光熔覆和等离子弧喷焊等。喷焊过程第一步是预热，接着送分管会喷出粉末，最后是涂层材料重熔。依据采用的热源不同，下面比较氧乙炔火焰喷焊和等离子弧喷焊比较得到的优缺点。

1.3 等离子喷焊工艺

1.3.1 等离子喷焊原理

热喷焊技术是先将合金粉末先喷到基体材料上，然后形成熔池后从而形成冶金结合，形成所需要的致密喷焊层，它们达到冶金结合是因为二者相互熔结和晶粒相互不断扩散而形成了一层新的性能稳定，结构特别紧密表面合金^[4]。等离子喷焊比火焰喷焊技术还是更先进些，等离子喷焊的诞生比火焰喷焊要晚几十年，它是工业史上跨时代的产区，它在生产过程中体现出更高效，更稳定的优点。

1.3.2 等离子喷焊的特点

等离子喷焊适用于大部分种类基体，在很多领域和学科得到性能和产品质量上的认可。等离子喷焊产生的稳定性，火焰集中性和持久性好，可以在很恶劣的环境中高效的运作。等离子喷焊在机械制造中运用广泛，在企业工厂中被生产时生产率高，在一定范围增大喷焊电流，生产率会随之提高。此外等离子喷焊能源利用率高，在很多表面处理的方法中能源利用率最高中的一种，电弧直接作用于喷嘴用来熔化金属。它和等离子堆焊的原理和特点相似。

1.3.3 等离子喷焊的研究现状及前景

等离子喷焊工艺隶属在表面强化技术这一类。它是把等离子电弧作热源，合金粉末组成作为填料金属特殊表面处理工艺。现代工业在不断发展，对机械制造商品寿命和新材料制备过程的不断优化都提出了更高的期望，这是顺应时代发展提出来的，为了满足这些生产需要，至有探索出新的工艺才能更好地解决问题。等离子弧热喷焊生产出来的产品质量稳定，实现自动化可以说很容易，可以为企业带来很多的经济和效率上的好处。随着等离子焊接设备和工艺的发展，将在检测，改善，查错和维修中发挥非常非常重要的作用^[5]。

等离子喷焊在生产制造中占有如此重要的位置，近年来热喷焊粒子大小已经成为国际热喷焊技术发展的新趋势，比如最新研发出来的超声速火焰喷焊，高速电弧热喷焊技术，超声速等离子喷焊等技术，以上这些技术都是科学前沿的新发现，它们明显提高了喷焊层的质量和性能，比如使喷焊层的空隙率，和喷焊层的致密性，陶瓷金属的抗弯强度，显微硬度都得到明显改善。