摘 要

微束等离子弧熔覆（MPAW）是利用高能密度的等离子弧，将添加的熔覆材料粉末连同基材表面薄层一起熔凝，形成具有冶金结合的涂层，获得特定的耐磨性、耐蚀性，达到材料表面改性或修复的目的；与TIG弧堆焊相比，MPAW具有热输入微调可控，工件变形小、尺寸精度高的特点。借助这两种熔覆方法，进行了Fe65粉末熔覆样品的制备，综合分析了覆层的组织性能，总结了覆层材料在焊道成型、覆层稀释率、合金元素烧损、组织及性能的异同。

研究表明：与TIG弧熔覆层相比，微束等离子熔覆层的组织晶粒细小、分布均匀，元素的稀释率、烧损率较低，熔覆层硬度大。TIG弧熔覆层的熔宽、熔深较大，因此与基体的连接更牢固可靠，工作效率更高。

本文的特色在于：通过综合比较两种方法所制备的覆层的组织性能，优化Fe65粉末熔覆的熔覆方法。研究结果对Fe65粉末材料表面改性具有重要的参考意义。

关键词 Fe65粉末；等离子弧熔覆；TIG弧堆焊；组织性能

Abstract

Plasma arc cladding uses the density plasma arc with high energy, fussing the cladding material and thin layer of the base material surface together, to form a metallurgical bonding coating. Then the base material will obtain specific performance such as wear-resisting and corrosion resistant requirements, to achieve the purpose of changing material surface modification or repairied . Compared with TIG arc welding , MPAW has the characteristics of fine-tuning and controllable heat input, small deformation on the workpiece ,and high accuracy with dimension. Use the two methods to fuse Fe65 powder to obtain cladding .Then evaluate the performance and organization of the cladding, prepared by the two methods ,and summarizes the similarities and differences of the cladding on weld forming, dilution rate, alloy elements burning, organization and performance.

As the research shows : compared with TIG arc cladding layer, the organization of the microbeam plasma cladding layer is small and uniform, the rate of elements dilution and loss is lower, and cladding layer hardness is higher. The weld width and penetration of TIG arc cladding layer is bigger, so the layer connected to the matrix is more firmly and reliably, and efficiency is higher.

Characteristics of this article is: through synthetically compare the microstructures and properties of the cladding, formed by two methods. We can optimize method for Fe65 powder cladding. The result of this study has important reference meaning for the material surface modification.

Key Words Fe65 powder；Plasma arc cladding；TIG arc welding； performance and organization

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 微束等离子熔覆 1

1.2 TIG堆焊 2

1.3 Fe65粉末材料成分及其熔覆材料性能概述 2

1.4本课题的研究内容及目的意义 4

第2章材料与方法 5

2.1 实验材料及熔覆制备方法 5

2.2 研究方法 5

2.2.1 组织形貌观察 6

2.2.2 显微硬度测试 7

2.2.3 电子探针显微分析 8

第3章 熔覆层显微组织性能测试分析 9

3.1 微束等离子熔覆涂涂层的研究 9

3.1.1 金相组织分析 9

3.1.2 显微硬度检测 11

3.1.3熔覆层电子探针显微分析 11

3.2 TIG熔覆涂层的研究 20

3.2.1 金相组织分析 20

3.2.2 显微硬度检测 21

3.2.3熔覆层电子探针显微分析 21

第4章 两种熔覆方法对Fe65粉末覆层组织性能的比较研究 30

4.1 焊道成形及工艺的比较研究 30

4.2 组织性能的比较研究 31

4.3 熔覆层元素成分的比较研究 31

4.4 两种焊接方法的特点总结 32

第5章 结论 34

参考文献 35

致谢 37

第1章 绪论

在工业应用领域，许多机械零部件要求具有抗腐蚀、抗磨损等性能，单纯的钢铁材料的越来越难以满足使用要求，由于腐蚀、磨损等方式失效一般发生在材料的表面^[1]。因此为了使材料在使用的过程中避免因磨损、腐蚀而失效，就需要采取一定的方式使得表面具有特定的性能。表面涂层技术就可以实现这一目的，因此而受到了研究者的广泛关注，表面涂层技术包括热喷涂、电镀、气相沉淀、高能术熔覆等^[2]。

1.1 微束等离子熔覆

微束等离子熔覆是以微束等离子弧作为热源的熔覆技术，属于等离子熔覆技术,其装置如图1.1所示。等离子熔覆一种金属表面处理技术，是在激光熔覆、等离子堆焊等表面技术的基础上发展起来的。随着技术的发展，人们对激光熔覆方面的研究比较成熟，但是其使用成本较高，并且对施工环境有较高要求，比如工件表面需要进行黑化处理；与激光熔覆技术相比，等离子熔覆技术的工艺过程更为简单，并且产生的污染少，虽然加工精度及成型件的质量比激光熔覆稍低，但是其设备成本仅为激光熔覆设备的五分之一。据相关研究，等离子熔覆生产效率约为激光熔覆的在六到十倍，粉末利用率能够达到激光熔覆的利用率二到四倍^[3-5]。因此等离子熔覆技术具有着广阔的发展前景。

图1.1 等离子焊原理图^[8]