熔覆技术十篇

熔覆技术篇1

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215163）

【摘要】本文主要从激光熔覆技术国内外专利申请的申请时间、国家/地区专利申请分布、国内外专利申请人分布、激光熔覆技术存在的主要问题、解决问题的主要方向等方面进行分析研究。研究表明：激光熔覆技术国外起步较早，专利申请主要集中在欧洲、亚洲和北美，本世纪初以后出现了发展放缓；而该技术在中国起步较晚，但在本世纪初至今发展迅猛，我国激光熔覆专利分布的地域趋势较为明显，从熔覆材料方面来改善裂纹问题为主要申请方向之一，自熔性合金粉末、复合材料的研究与应用成为熔覆材料申请的热点。

关键词 激光熔覆；专利；合金

Patent Analysis on the Laser Cladding Technologies

ZHANG Jie

(Patent Examination Cooperation Jiangsu Center of the Patent Office, SIPO, Suzhou Jiangsu 215163, China)

【Abstract】In this paper, the patent on laser cladding technology international and abroad was researched and compared. The research mainly focus on he time distribution and spatial distribution of patent applications，information about the major patent holders，the trend and development of the patent on laser cladding technology. The results show that: laser cladding technology started earlier abroad and maily appeared in Europe, Asia and North America. And the technology in China started later, but has a rapid development recent years. Cladding materials used for solving the crack problem is obvious. Self-fluxing alloy powder and composite materials is one of the main application direction.

【Key words】Laser cladding; Patent; Alloy

0　前言

激光熔覆技术是激光表面改性处理的一种[1]，目前在地球蕴藏的有限战略金属元素的大量消耗的今天，该技术引起了世界各国的高度关注。为了解激光熔覆技术在专利中的分布状况，本文以专利数据为分析样本，从专利中激光熔覆技术申请的国内外申请时间分布特点、国内外国家/地区专利布局特点、国内外专利申请人分布特点、激光熔覆技术存在的主要问题、解决问题的主要方向等方面进行分析。本文所依据的数据分布来自中国专利文摘数据库（CNABS）和德温特世界专利索引数据库（DWPI）。

1　激光熔覆技术国内外发展概况

1.1　国外激光熔覆技术发展概况

最早的激光熔覆技术专利是由美国AVCO EVERETT RES LAB INC公司的Gnanamuthu于1974年底提出的，他提出了在金属基体上激光熔覆一层金属材料的方法的专利US3952180A，由此开启了激光熔覆的基础研究工作的序幕。从图1可以看出，激光熔覆技术国外起步较早，但是到本世纪初以后出现了发展停滞期。

由图2可以看出，国外的专利申请主要集中在下面三个地区: 欧洲（如英国、德国、法国）、亚洲（日本）和北美（美国）。欧洲在激光熔覆领域的主要研究内容包括：（1）金属基复合涂层制备技术，如专利申请EP13160591A，在基材表面熔覆金属材料以提高基体的硬度及抗腐蚀性；（2）激光熔覆修复技术，如德国RORO公司的专利申DE102011081112A，分区域激光熔覆修复材料以对工件的损坏部位进行修复；（3）激光熔覆微观缺陷的分析与改进技术，如EP12726014A采用结构探伤检验以分析显微裂纹和残余应力。

北美在激光熔覆领域的主要研究内容包括：（1）激光熔覆耐磨工具钢制造技术, 如ALVO-N公司的专利申请US19990247470A研究了切削不同材料的切削工具的激光熔覆技术；（2）激光熔覆TiB2 制备耐磨涂层, 铝基材料激光熔覆铜合金等合金制备技术。

亚洲（中国以外的国家和地区）在激光熔覆领域主要研究内容包括：（1）利用激光熔覆增强零件机械性能方面,主要的专利申请人有日本丰田、尼桑汽车公司和三菱公司等；（2）激光熔覆制备增强金属基复合材料涂层方面，如JP2011057394A；（3）激光熔覆过程微观缺陷的分析与改进技术。

从图3可以看出，国外主要的申请人集中于日本、欧洲、美国，如TOYOTA MOTOR CORP、GEN ELECTRIC、DTM CORP等公司。这与国外申请总量的地域分布成正相关。

1.2　国内激光熔覆技术发展概况

由图4可以看出，我国在本世纪初出现激光熔覆的专利，只有少数企业尝试应用，如济南钢铁集团新事业有限公司于2003年申请的专利CN03112193A中，采用激光熔覆工艺在加热炉滑块的工作面熔覆60钴合金层。2006年之后，激光熔覆以迅猛的势头发展，目前仍有大幅增长的趋势。

我国激光熔覆专利分布的地域趋势较为明显，主要集中在江苏、辽宁、北京、山东等地，这与上述地区经济繁荣、科研实力强等因素有关，其中申请人沈阳大族激光的申请量最大，详见附图5、图6。

我国对激光熔覆方法的研究范围广泛,研究内容主要涉及以下方面:（1）激光熔覆制备耐磨涂层，如丹阳宏图激光科技有限公司公开了关于耐磨涂层制备的申请，如CN201310239606A、CN201310239642A、CN201210351277A等；（2）改进激光熔覆工艺参数方面的研究，如CN201110376721A、CN201110178442A等对激光熔覆的工艺参数进行优化调节;（3）金属基复合涂层制备工艺, 如沈阳大陆激光成套设备有限公司的专利申请CN201010518946A，公开了在高速线材辊环表面激光熔覆制备碳化钨硬质合金涂层的方法；（4）对熔覆材料的改进，如中国科学院半导体研究所的专利申请CN201310308333A，公开了激光熔覆用合金粉末C，Ni，Cr，B，Si，Mo，Cu，余量为Fe。

2　熔覆材料技术分布

通过对相关专利文献的阅读研究发现：裂纹是大面积激光熔覆技术中主要待解决的问题之一。目前在专利文献中，从熔覆材料方面来改善裂纹问题为主要申请方向之一。按照材料成分构成, 激光熔覆粉末材料主要分为金属粉末、陶瓷粉末和复合粉末等。在金属粉末中, 自熔性合金粉末的研究与应用最多。

2.1　自熔性合金粉末

自开展激光熔覆技术研究以来，人们最先选用的熔覆材料就是Ni 基、Co 基和Fe 基自熔性合金粉末。

Ni 基自熔性合金粉末以其良好的润湿性、耐蚀性、高温自润滑作用和适中的价格在激光熔覆材料中研究最多、应用最广。具有代表性的如江苏翌煜能源科技发展有限公司的专利申请CN201310396991A公开的用于丝杠表面进行激光熔覆的镍基陶瓷粉末。

Co 基自熔性合金润湿性好，其熔点较碳化物低，受热后Co元素最先处于熔化状态，而合金凝固时它最先与其它元素形成新的物相，对熔覆层的强化极为有利。具有代表性的如武汉团结点金激光科技有限公司的申请CN201310313958A中公开的一种汽车变速箱齿轮热锻模具激光再制造修复的钴基陶瓷粉末。

Fe 基自熔性合金粉末适用于要求局部耐磨且容易变形的零件，基体多为铸铁和低碳钢，其最大优点是成本低且抗磨性能好。具体代表性的专利申请为：CN201010218196A，CN201310047311A,CN201310313958A。

2.2　复合粉末

复合粉末主要是指碳化物、氮化物、硼化物、氧化物及硅化物等各种高熔点硬质陶瓷材料与金属混合或复合而形成的粉末体系。专利文献中，目前应用和研究较多的复合粉末体系主要包括：碳化物合金粉末（如WC、SiC、TiC、B4C、Cr3C2等）、氧化物合金粉末（如Al2O3、Zr2O3、TiO2等）、氮化物合金粉末（TiN、Si3N4等）、硼化物合金粉末、硅化物合金粉末等。其中, 碳化物合金粉末和氧化物合金粉末研究和应用最多,主要应用于制备耐磨涂层。具有代表性的专利如山东能源机械集团大族再制造有限公司的专利申请CN201210159355A中涉及的WC与Ni-Cr-B-Si混合合金粉末。

3　结论

激光熔覆技术国外起步较早，申请主要集中在欧洲（如英国、德国、法国）、亚洲（日本）和北美（美国），但是到本世纪初以后出现了发展停滞期，而此技术在中国起步较晚，但是该技术在本世纪初至今发展迅猛，我国激光熔覆专利分布的地域趋势较为明显，从熔覆材料方面来改善裂纹问题为主要申请方向之一，自熔性合金粉末、复合材料的研究与应用成为熔覆材料申请的热点。

参考文献

熔覆技术篇2

关键词：激光熔覆，LY11CZ，Al-Y-Nb合金，微观组织形貌，腐蚀性能

 

0 引言铝及铝合金具有比强度高、耐腐蚀性好等优点，是航天、航空和石油化工等工业领域广泛使用的材料。LY11CZ很长时间被用于制造飞机螺旋桨叶片，叶片表面上出现损伤时，必须通过一些表面处理技术进行修复。除了考虑螺旋桨叶片所要求的高强度、高耐疲劳性，对于沿海的机场，飞机主要在海洋湿气环境下飞行，还必须考虑表面修复后的耐腐蚀性。选择一种合适的表面处理技术对螺旋桨叶片进行修复，对节省装备维护费用，提高装备使用寿命具有很重要的意义。

激光熔覆是用激光作热源，在材料表面熔覆一层具有特殊性能的合金层。。合理选择熔覆合金和激光处理工艺，可以得到高硬度、高耐磨性和高抗蚀性的表面层[1]。激光熔覆技术作为一种高速高效的表面处理技术，在防腐蚀工程方面有极大的运用前景[2]。

本文以激光熔覆技术作为飞机叶片表面损伤的修复方法，研究熔覆层的微观组织形貌与耐腐蚀性能。

1 激光熔覆实验1.1 试验材料1.1.1 基材

基材为LY11CZ，取自飞机螺旋桨叶片，化学成分(质量分数)：Si0.7，Fe0.7，Cu3.8~4.8，Mn0.4~0.8，Mg0.4~0.8，Ni0.1，Zn0.3，Ti0.15，余量为Al。试样尺寸为50×50×5(mm)，表面用粗砂纸打磨，并用丙酮清洗。

1.1.2 熔覆材料

钇作为稀土元素具有很多独特的性质，添加少量的钇能极大的影响材料的组织与性能。将钇添加在铝粉中作为熔覆材料具有很多积极作用，主要表现在3个方面：①变质作用。激光熔覆过程其实是一个熔铸过程，而钇以及其他一些稀土元素可以有效减小铝合金的枝晶间距，细化铸态晶粒。②净化作用。由于稀土元素具有很高的化学活性，与H2、Fe、S等杂质元素具有很强的化学亲和力，可以与各种杂质元素形成化合物，因而能消除H2、Fe、S和过剩游离态Si等有害杂质的影响。③微合金化作用。稀土元素与Al及其合金元素能发生微合金化作用，对铝合金能起到一定的改性作用。由于稀土元素在纯铝中溶解度很小，添加钇元素对纯铝强度作用很小。

铌与铝可以形成无限固溶体。将少量铌作为变质剂加入到熔覆材料中，可以起到细化晶粒和改善组织。在激光熔覆形成熔池的瞬间，高熔点的铌成颗粒状分布在熔池中，可以增加晶核的数量，并阻碍晶核的长大，起到细晶强化作用，改善材料的铸造工艺性能。

因此，熔覆材料选择为Al-Y-Nb合金粉末，其中Y为4%、Nb为2%，余量为Al。粉末混合均匀，经粘结剂浸润后干燥备用。

1.2 试验设备及仪器采用JHM-1GX-200B型Nd:YAG脉冲激光器。其波长为1.06μm，最大输出功率为300W，最大工作电流400A，脉冲宽度(0.1～15)ms，最大单脉冲能量60J，激光束发散角小于15mrad，能量不稳定度小于±5%。组织形貌及耐腐蚀性分析主要采用4XB-TV金相显微镜完成。HXS-1000数字式智能显微硬度计测试熔覆层显微硬度。

1.3 试验方法

采用正交实验法，进行单道激光熔覆试验。铝材表面易氧化，反射率高，试验过程中，用同轴的氩气流进行保护。

表5 正交试验表及硬度测试

Table 1 Orthogonal experiment table and test of micro-hardness

熔覆技术篇3

摘要：阐述了采用激光熔覆进行表面改性的研究进展，主要从激光熔覆提高基体材料的耐磨、耐蚀、抗氧化性等方面进行介绍。并将其与传统的热喷涂表面改性方法进行了对比。同时介绍了激光熔覆技术的应用现状。总体而言，激光熔覆层与基体呈冶金结合，结合强度高；熔覆层的厚度可控制；激光熔覆层气孔少、组织致密。

关键词：激光熔覆；表面改性；耐磨性

激光熔覆是一种涉及物理、冶金、材料学等领域的材料加工与表面改性技术，其技术手段是通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能密度的激光束使熔覆材料及基材表层一起熔凝，形成与基材表面为冶金结合的表面熔覆层[1]，在制备耐磨、耐蚀、抗氧化、热障涂层方面都获得了一些成功的应用[2-4]。激光熔覆是一种非常重要的材料表面改性技术，经济效益较高且发展迅速。它可以使廉价的低性能金属表面具有贵重的高性能合金表面的性能，以降低材料的成本，减少能源消耗，提高金属零件的使用寿命[5-7]。激光熔覆技术始于20世纪70年代，1976年美国的DSGnanamuthu获得了激光熔覆一层金属于另一种金属基体上的熔覆方法专利。1981年，公司利用激光熔覆，在发动机叶轮片上熔覆钴基合金，提高了其耐磨性。经过30余年的发展，激光熔覆已成为材料表面工程领域研究的热门课题，被广泛地用于航空航天、石油、化工、冶金、电力、机械、模具等领域[8]。本文从激光熔覆技术改善基体耐磨、耐蚀、抗氧化性等性能方面进行了阐述，通过与热喷涂技术的对比得到了激光熔覆技术的优势并介绍了激光熔覆技术目前的应用现状和发展趋势。

1激光熔覆改善基体性能研究

不锈钢、钛合金等金属由于在特定条件下耐磨性、耐蚀性差等缺点制约其在工业工程中的应用。利用激光熔覆技术可在这些金属基体上制备出耐磨、耐蚀、抗氧化、热障涂层和具有一些特殊性能的表面熔覆层。

1.1激光熔覆改善基体耐磨性研究

钛及其合金被广泛的应用于航天、航空、化工和生物医学领域，由于其具有优异的综合性能，如高的强度质量比、优异的耐腐蚀性、良好的热导率以及生物相容性。然而，钛合金的摩擦学性能差，尤其是在高温时摩擦系数大，限制了其应用范围[9-10]。因此有很多学者对增强钛合金的耐磨性做了大量研究。石墨、二硫化钼等常见的固体剂具有极易滑动的解理面，受到剪切力时易发生晶间滑移，滑动过程中的摩擦系数较低。杨胶溪等[11]利用激光熔覆技术在TC4基材表面制备TC4/Ni/MoS2复合材料。研究了室温和400℃下激光熔覆层的耐磨性。得出结论：在400℃下，由于MoS2的自性能，复合涂层的摩擦系数达到0.06；涂层的磨损量显著减少，比基体降低了将近10倍。但是这类固体剂在高于450℃时发生氧化，性能会很快失效。而hBN由于具有良好的高温稳定性和性，而且硬度较高，摩擦过程中不易破碎，在温度高于400℃时被广泛应用。

任佳等[12]以Ni60和hBN为原料，采用激光熔覆在钛合金（Ti6Al4V）基体上制备出了以镍基固溶体为增韧相，TiC、TiB2、CrB等为耐磨增强相，hBN为固体剂的自耐磨复合涂层。研究了以Si3N4陶瓷球为对偶件不同载荷下的干滑动摩擦磨损性能。结果表明：涂层硬度提高，由于碳化物硼化物硬质相的存在，降低了涂层与对偶件的粘着倾向，使复合涂层具有较低的磨损率。同时hBN在力的作用下铺展于摩擦表面使摩擦副之间形成了转移膜，保持力学性能的同时降低了涂层的摩擦系数。吴少华等[13]利用激光熔覆在钛合金基体上制备了酌-NiCrAlTi/TiC/CaF2自耐磨复合涂层，研究了钛合金和复合涂层在室温和高温（300、600℃）下的摩擦学性能。结果表明：复合涂层以镍基固溶体为增韧相，碳化物为增强相均匀分布于涂层中，复合涂层硬度大大提高，在室温下具有较低的摩擦系数，高温下表面生成的氧化膜起到了作用。XiaoLongLu等[14]利用激光熔覆技术在Ti6Al4V基体上制备出了Ni60-hBN涂层。研究了在5N载荷下不同温度、hBN含量不同时涂层的摩擦学性能。

结果表明：镍基增韧相在高温时变软，与硬的Si3N4球配副时发生粘着磨损，涂层的摩擦系数较高。在加入hBN后生成的TiB2、TiC相和hBN固体剂共同作用下改善了其摩擦学性能。以上的研究表明，硬质相的生成可提高涂层的硬度。可以外加硬质陶瓷相提高硬度以减少摩擦表面的粘着磨损从而降低摩擦系数，但是在重载作用下陶瓷颗粒可能会脱离基体，相容性较差。因此现在的研究大都通过与熔池中的元素反应原位生成增强相，起到强韧复合涂层的作用。少量六方氮化硼hBN的加入使涂层在高温（>400℃）时具有良好的耐磨性；而金属氟化物在高温下也有优异的摩擦学性能；MoS2的加入使其在中温下有显著地自性能，降低了涂层的摩擦系数。在今后的研究中学者可以同时复配低、中、高温段固体剂，这样在一个很宽的温度范围(25℃～1000℃)内涂层材料的摩擦磨损性能可能会大大提高。此外还有学者对其它金属基体的耐磨性做了大量研究。

ShitangZhang等[15]采用激光熔覆在1Cr18Ni9Ti基体上制备了Ni/hBN涂层，并与Si3N4陶瓷配副。研究了100N载荷下从室温到800℃下的摩擦学特性。研究发现随着温度的升高，摩擦系数呈下降趋势，当温度为800℃时，摩擦系数最低为0.25；600℃时磨损率最小为0.1伊10-7g/Nm。总的来说，激光熔覆镍基合金并添加一定的剂可在提高硬度保证材料力学性能的同时有效降低基体的摩擦系数和磨损率。激光熔覆材料除镍基粉末外还有钴基、铁基、陶瓷粉末。有学者在不锈钢表面激光熔覆Co基、Fe基合金粉末，使基体的硬度和耐磨性提高，同时也改善了其在特定环境中的耐腐蚀性。但是Co基合金成本较高，Fe基合金中Cr元素含量较低，其抗氧化性差。陶瓷粉末由于具有好的耐磨、耐腐蚀、抗氧化、耐高温性也常被用来制作高温耐磨涂层。此外，激光熔覆专用粉末的开发也成为了当下的发展趋势，在保持材料硬度的情况下有效的降低了熔覆层的开裂问题。

1.2激光熔覆改善基体耐蚀性研究

在特定的环境中，比如海洋环境、酸碱溶液中，零件表面的失效形式主要是腐蚀，这就导致了零件报废甚至整个机器的故障。腐蚀给造成的经济损失惨重，故在特定环境中对零部件的保护尤为重要[16]。杨宁等[17]在45钢基体表面制备出了VC-WC-W2C颗粒增强镍基熔覆层，涂层厚度0.8～1.0mm，并采用静态浸泡法研究该熔覆层在10%H2SO4溶液中的腐蚀性。得出结论：不同V2O5垣WO3垣C含量的镍基熔覆层在硫酸溶液中的耐蚀性均较好。杨晓红等[18]利用同步送粉法，在45钢表面激光熔覆Ni35合金粉末。研究了在3.5wt%NaCl溶液中，45钢基体与Ni35熔覆层的电化学性能。结果表明：在NaCl溶液中，Ni35熔覆层的腐蚀电位为-0.896V，基体的腐蚀电位为-1.006V，熔覆层的自腐蚀电流密度为1.096A/m2，基体自腐蚀电流密度为1.685A/m2，耐腐蚀性较基体大大提高且腐蚀速率要低于基体。郭士锐等[19]在不锈钢基体上激光熔覆Co基合金。利用气蚀装置对熔覆后的试样和基体进行分析。经激光熔覆后的试样表面抗气蚀性能较基体提高了2.7倍，气蚀累计质量损失仅为基体的36.8%。综上，激光熔覆耐蚀涂层以Ni基自熔合金或不锈钢及以它们为基的金属陶瓷复合涂层材料为主，具有优良的抗腐蚀性能。此外，由于稀土或稀土氧化物可以细化晶粒、改善基体的抗腐蚀能力，同时还可以提高涂层与基体的结合强度，降低涂层孔隙率。因此，学者可以通过激光熔覆技术制备含稀土氧化物的复合涂层以提高耐腐蚀性能。

1.3激光熔覆改善基体抗氧化性研究

韦子运等[20]采用NiCoCrAlY合金粉末在GH4037合金表面激光熔覆制备了纳米SiC颗粒增强Ni基合金涂层，进行了高温抗氧化性试验。试验发现加入适量纳米SiC颗粒涂层在高温时氧化增重比未加入SiC缓慢，这是因为激光熔覆层致密的氧化膜提高了抗剥落能力。张松等[21]在2Cr13钢表面激光熔覆钴基稀土合金涂层时，将稀土元素钇加到熔覆层中，熔覆层经氧化处理增重是未加钇的1/4。由此得出，加入钇明显地改善了熔覆层的高温抗氧化性能。ZhangXiaowei等[22]在Ti6Al4V基体上激光熔覆Ti/AlN混合粉末生成TiN/Ti3Al复合涂层。研究了Ti、AlN在不同的摩尔比下，600、800℃时涂层的抗氧化性。实验表明当Ti、AlN摩尔比为4:1时，涂层表面更均匀致密；在此摩尔比之下，600℃时涂层的相对抗氧化性为6.83，800℃时为1.94，相比于基体的1.0，其抗氧化性大大提高。总的来说，为了提高高温抗氧化性能，热障涂层是目前的发展趋势，它是以MCrAlY为连接底层，M代表铁、钴、镍三种金属中的一种或两种，以ZrO2为表面隔热层，兼有良好抗热腐蚀性能和隔热性能。为了提高其稳定性，也加有适量的氧化钇、氧化镁或氧化钙。越来越多的学者研究金属/陶瓷梯度涂层作为隔热涂层运用在工业中。这种功能梯度涂层使元素含量逐层改变，减小了熔覆层材料和金属基体之间的膨胀系数、润湿性等方面的差异，降低了裂纹的产生。

2激光熔覆与热喷涂法的比较

热喷涂技术是表面改性技术的重要组成部分之一，它是利用热源将喷涂材料加热熔融或软化，并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面，制造一个特殊的工作表面(厚度为十微米至百微米级)，使其具有耐磨减摩、抗氧化、隔热、绝缘、导电等一系列多种功能[23]。冯旭东等[24]在Q235基体上利用火焰喷涂法制备了Ni25合金涂层，再采用激光熔覆重熔涂层，通过SEM观察得到激光熔覆层质量良好，基本无裂纹和气孔，组织致密晶粒细小；而热喷涂层有明显的孔洞，结合界面的质量差。激光熔覆层的硬度明显高于热喷涂层的硬度。马文有等[25]在铜合金表面先等离子喷涂镍基合金粉末，再进行激光重熔，在室温时以45钢为对磨件进行销盘磨损试验。

结果表明：热喷涂层近似呈层状结构，结合不致密，并有少量孔洞及裂纹出现，热喷涂层的耐磨性提高了5倍，经重熔后缺陷消失，与基体呈冶金结合，耐磨性提高了10倍。李刚等[26]在38CrMoAl基体上分别用激光熔覆与氧乙炔火焰喷涂制备NiCrBSi+25%WC合金涂层。通过对比可知激光熔覆涂层致密无气孔、熔覆层对基体的热影响较小且基体上存在弥散相，涂层的耐磨性大大增加；相反热喷涂涂层中有气孔、夹杂缺陷，涂层对基体的热影响较大，容易引起基体工件的变形，硬度也稍低于激光熔覆层。与热喷涂技术相比可知，激光熔覆层与基体呈牢固的冶金结合或界面扩散结合，涂层强度较高，不易使工件变形，而且目前大力开展的梯度涂层可以设计涂层的成分和结构。除了上述优点外，还有学者研究发现：该技术存在的一些问题，熔覆层的质量不易控制，表面会产生裂纹，所以这就要求熔覆层与基体材料的热膨胀系数要无限接近，虽然可以通过预热及后热的方法减少裂纹，但是该方法不能从根本上改善此问题，因此很多学者研究开发专用的激光熔覆材料。熔覆工艺参数不易控制，很多学者也通过大量实验来寻找使基体达到最好性能时的熔覆功率、扫描速度等，可通过计算机模拟来节省试验时间。同时对激光熔覆成型理论的研究尚须进一步完善，熔池固液界面的温度梯度及冷却速度对材料组织和性能影响较大，因此对熔池尺寸和温度的模拟也成为当下的研究热点。

3激光熔覆技术的应用现状

随着工业技术要求的发展，对发动机叶片、轴类零件、齿轮类零件等的工作温度环境要求也越来越高，零件失效和报废的速度越来越快[27]。如果可对表面损伤的零件进行修复，可以提高零件的利用率、减少经济损失。由于激光熔覆技术具有一系列优良的性能，因此该技术被广泛地用于零部件的修复中。张松等[28]将激光熔覆技术应用于鼓风机叶片表面的强化。即在15MnV钢叶片上激光熔覆镍基WC合金粉末，得到的涂层组织致密均匀，与基体结合良好，耐磨性和耐腐蚀性大大提高。经实际运行试验，原15MnV钢叶片运行总时间为800h，激光熔覆处理的叶片运行总时间不低于3200h，寿命提高了4倍以上。宫新勇[29]对受损TC11钛合金整体叶片盘的断裂叶片实施激光熔覆沉积修复。修复后的叶轮经仿形加工、无损检测、动平衡校验、超转试验后,最终实现了装机应用。罗奎林等[30]对航空发动机大型风扇机闸静子叶片采用单道多层熔覆工艺进行修复。结果表明熔覆区和母材结合良好，界面无冶金缺陷；激光熔覆层显微硬度平均比母材高15%；对修复后的风扇机匣经发动机400h长期试车后进行清洗、分解、故障检查，未发生掉块现象，熔覆质量高。马向东等人[31]采用Fe901铁基合金对Crl2淬火失效模具进行激光熔覆修复，使其具有较高的硬度、耐磨性和抗冲击性能，实际效果良好。

TaberneroI[32]对粉末和激光束的相互作用、熔池的创建等进行了模拟，最终利用激光熔覆技术对GGG70L冲压模具进行修复。刘建永[33]利用机器人激光熔覆技术对覆盖件拉深模进行了局部熔覆强化，取得了较好效果。JXiong等[34]利用激光熔覆对热轧机机壳进行修复，减少了轴承的磨损，提高其使用寿命。刘长生[35]通过激光熔覆镍基合金粉末对压缩机转子轴颈进行修复重建，运行显示各项指标均正常，并用便携式震动检测仪进行了检测。结果表明，修复的转子振动小于双振幅，转子与轴承的接触良好，运转平稳磨损正常。陈曦[36]对采煤机大齿轮采用单道激光熔覆Ni合金粉末进行修复再制造，并利用显微硬度仪、摩擦磨损试验仪及扫描电镜等检测装置对熔覆层表面进行组织检测。经修复，齿轮表面硬度满足要求；磨损率优于原材料。检测结果基本满足目标需求。目前，有学者利用激光熔覆在钛合金基材上制备具有生物活性陶瓷的羟基磷灰石，并将此植入人体引导诱发骨细胞的生长，其在生物医学领域的应用意义非凡。随着野中国制造2025冶发展规划的不断推进，激光熔覆技术将广泛应用于航空航天、电力行业、石油勘探、煤炭开采以及梯度功能零件的修复再制造中，并产生巨大的经济效益。

4结语

本文从激光熔覆改善基体材料性能、与热喷涂对比的优势以及其在零件修复中的应用三个方面对激光熔覆技术进行表面改性的研究进展加以综合阐述，得出结论：激光熔覆层与基体呈冶金结合；能进行选区熔覆，材料消耗少；绿色环保等特点被广泛用于金属的表面改性中。因此在未来的发展中，对激光熔覆的技术要求也会越来越高，学者可从以下几个方面进行深入研究：（1）熔覆工艺的优化。针对熔覆层表面开裂的问题，设计复合涂层和梯度功能涂层是未来的发展方向。研究熔池的温度场分布，熔覆层内发生组织变化的过程，来进一步完善熔覆工艺。（2）开发大功率的激光器。目前大部分激光器的功率较小，导致只能熔覆较小面积的工件，今后学者可以开发大功率的激光器，使熔覆面积扩大。（3）计算机模拟的应用。利用计算机模拟熔覆工艺过程可获得最佳的工艺参数，这样节省了通过大量试验寻求最优性能的时间。

参考文献：

熔覆技术篇4

【关键词】电弧熔覆；熔覆层性能；强化机制

工程材料的磨损和腐蚀等现象大多从表面开始，因此材料表面保护具有重要的工程应用价值。耐磨材料的研究在向提高材料整体耐磨性方向发展的同时，各种表面改性技术及工艺在耐磨材料中的应用也日益受到重视。电弧熔覆是材料表面熔融强化技术的一种新方法。它是利用高能密度的压缩电弧束将具有不同成分、性能的合金与基体表面快速熔化，在基体表面形成与基体具有完全不同的成分和性能的合金层（修复层）的快速凝固过程。作为熔覆材料，陶瓷及金属陶瓷（SiC、WC、TiC等）具有高脆性，熔覆成形性很差，单独形成熔覆层的可能性不大，一般都将其与具有良好强韧性的材料配合使用，目前应用较多的是镍基自熔合金。

本文以Ni35B-Co包WC作为熔覆材料，研究了Co包WC含量对熔覆层硬度、耐磨性、及微观组织的影响，从而分析熔覆层的强化机制。

1.实验方法

1.1 材料选择

以45CrNi钢板为基材，制成30×30×5mm3试块，表面磨光。熔覆材料：Ni35B-Co包WC。45CrNi和Ni35B的化学成分见表1。

1.2 实验内容

采用自制的送粉装置进行电弧熔覆，熔覆材料粉经200℃烘干4h在电弧热源下烧熔，电流125A、送粉率350～400mg/s，工件移动速度8.3-13.3mm/s，氩气流量10L/min，采用搭接熔覆，熔覆材料见表2。将上述熔覆获得的熔覆层分别在MM6卧式显微镜下进行显微组织分析；在HX-1000显微硬度计下进行熔覆层硬度及熔覆层与基体结合界面附近硬度梯度检测；在SKODA快速磨损试验机上进行熔覆层快速磨损实验，比较其耐磨性；采用Rigaku XJ1-2/50晶体结构分析仪进行熔覆层物相鉴定；采用JEM-2000EX进行物相形态观测和结构鉴定。

表2 熔覆材料配比 %

序号 1 2 3 4

Ni35B 90 80 70 60

Co-WC 10 20 30 40

2.实验结果

2.1 显微组织检测结果

将获得的熔覆试样沿垂直于熔覆层方向断开，对其横断面进行显微组织观察，其结果见图1。

a . Co-WC10% b . Co-WC20 %

c . Co-WC 30% d . Co-WC40%

图1 熔覆层及熔覆层与基体结合界面显微组织

5%HNO3+C2H5O腐蚀 250×

2.2 熔覆层及熔覆层与基体结合界面硬度检测结果

对上述显微组织分析试样分别进行熔覆层及熔覆层与基体结合界面硬度检测，其结果见图2。

图2 不同成分熔覆层硬度及熔覆层条件与基体结合界面硬度梯度

2.3 快速磨损实验结果

将熔覆获得的试样加工成：25×40mm2的快速磨损试样，熔覆层表面磨光，进行快速磨损实验。实验条件是：载荷15kg，行程3000转，转速675转/分，硬质合金磨轮直径30mm，宽度2.5mm。其结果见图3。

图3 不同Co-WC含量相同磨损下的磨损体积

3.分析与讨论

物相分析和电子显微分析结果表明，随着Co-WC的相对含量的增加，产生的物相种类也有较大的变化，总的趋势是：随Co-WC相对含量的增加合金化合物的种类增多，Co-WC相对含量为10%时，熔覆层中只有γ-Ni（Me）和M6C型的Fe3W3C-Fe4W2C、Co3W3C；Co-WC的相对含量为20%-30%时，又增加了α-Fe（Me）和Cr2Ni3B；Co-WC的相对含量大于30%时，又增加了WC相。

硬度检测和磨损实验结果表明，随着Co-WC相对含量的增加，熔覆层的硬度和耐磨性均有增大的趋势。这是因为：（1）由于Co-WC的加入，熔覆层中生成了大量的合金化合物，合金化合物数量的增多，提高了熔覆层的强度和硬度；（2）随Co-WC相对含量的进一步增加，熔覆层中相继生成Cr2Ni3B相和WC相，这些相均以高度弥散状态析出，与高度弥散的粒状M6C型合金化合物颗粒共同起到弥散强化的作用；（3）在熔覆层中形成了含铬较多的α-Fe（Me）固熔体，起到了固溶强化的作用；（4）由于C、Cr及B等合金元素溶入γ-Ni（Me）基体中而使其得到固溶强化。

4. 结论

（1）采用电弧熔覆Ni35B-Co包WC混合材料获得的熔覆层，具有较高的硬度。熔覆层的硬度和耐磨性随Co-WC的加入量的增加而增大。

（2）熔覆层的强化机制是：形成细小的合金化合物网架；高度弥散的粒状合金化合物颗粒和极细小Cr2Ni3B、WC颗粒的弥散强化；C、Cr及B等合金元素溶入γ-Ni（Me）基体中的固溶强化。

参考文献：

[1] 唐琳琳，罗辉，张元彬，材料热处理技术，2009，（38）：86.

熔覆技术篇5

模具使用寿命取决于抗磨损和抗机械损伤能力，一旦磨损过度或机械损伤，须经修复才能恢复使用。 目前 可采用的修复技术有电镀、电弧或火焰堆焊、热喷涂(火焰、等离子)等。电镀层一般很薄，不超过0.3mm，而且与基体结合差，形状损坏部位难于修复，在堆焊、热喷涂或喷焊时，热量注入大，能量不集中，模具热影响区大，易畸变甚至开裂，喷涂层稀释率大，降低了基体和材料的性能。

利用激光熔覆的方法可实现对模具的修复。用高功率激光束以恒定功率p与热粉流同时入射到模具表面上，一部分入射光被反射，一部分光被吸收，瞬时被吸收的能量超过临界值后，金属熔化产生熔池，然后快速凝固形成冶金结合的覆层。激光束根据cad二次开发的 应用 程序给定的路线，来回扫描逐线逐层地修复模具。由于激光束的高能密度所产生的近似绝热的快速加热，对基体的热影响较小，引起的畸变可以忽略，特别是经过修复后的模具几乎不需再加工。

1 激光修复系统

激光修复技术是集高功率激光、 计算 机、数控机床、cad/ cam、先进材料、数控技术等多学科的应用技术。修复系统主要由硬件设备和制造过程软件组成。硬件设备包括激光器、数控系统及工作台、送粉装置、光路系统、水冷装置、保护气系统和在线控制所涉及的数据采集装置。软件系统包括制造零件成型软件擞据通讯和在线控制软件。激光修复过程如图2所示。co2激光器发出的激光经cnc数控机床z轴(垂直工作台)反射镜后，进入三维光束成形聚焦组合镜，再进入同轴送粉工作头，组合镜和工作头都固定在机床z轴上，由数控系统统一控制。载气式送粉器将粉末均匀输送到分粉器的同轴送粉工作头。

模具位于cnc数控工作台x-y平面上，根据cnc指令，工作台、组合镜和送粉头按给定的cad程序运动。同时加入激光和粉末，逐层熔敷。在温度检测和控制系统作用下，使模具恢复原始尺寸。为保证熔覆材料(金属粉末)和基体(模具)材料实现冶金结合，以及模具的尺寸精度、表面光洁度和材料性能，需将φ50mm圆形多模1kw-5kw高功率激光束变换成强度均匀分布的圆形光束，光斑尺寸可调(光路系统)，并配有水冷系统和光束头气体保护系统，同时需重点考虑同轴送粉装置和现场控制系统的设计。

1.1 同轴送粉装置

稳定可靠的粉末输送系统是金属零件修复质量的重要保证。粉末输送的波动将影响修复的质量。激光修复对送粉的基本要求是连续、稳定、均匀和可控地把粉末送入激光熔池。送粉装置由送粉器和同轴送粉嘴组成。在送粉器的粉斗下部，由于平衡气压的作用形成气固两相流化，并从导管开孔，随载气输送粉末。送粉量由输送气体的压力调节，拓宽了送粉范围，实现从5g/min-150g/min均匀连续可调送粉，送粉精度高达±5。设计的载气同轴粉嘴，消除了气体压力波动引起的4路送粉不均匀，并使工作距离加大，且连续可调。

1.2 模具修复过程的控制

在 理论 上，熔池温度场决定修复过程的宏观与微观质量，因此在激光熔覆层质量控制过程中，表征熔覆层熔池温度场的实时检测非常重要。采用红外测温技术来检测激光加工区域的温度场，结合温度场标定结果推导出实际的温度场信息，来控制激光器功率输出值以及cnc机床的运动速度，以保持熔池温度稳定，避免零件由于过热或温度不均产生裂纹气孔等缺陷。虚线范围内所示的是比色测温仪，光路系统选用单台相机，切换不同滤色片的单通道图像记录方式。滤光片及其控制保证两个滤光片(804.5nm和894.6n m)交替置于数字相机图像记录光路中，移动响应时间<10ms，由计算机控制的高精度步进电机实现准确定位。软件包括三部分：①控制滤光片转入记录光路机械控制部分;②进行实时的同步图像采集、处理以及温度场标定和计算;③用测量温度变化量所得到的过程参数，调节激光功率和机床运动速度。

1.3 激光修复模具工艺参数

激光修复伴随着传热、辐射、固化、分子取相及结晶等物理和化学变化，是个多参数过程。激光功率p、扫描速度、送粉量、熔池温度等都会对其产生 影响 。因此必须把参数合理地组合，以确保修复工作是在涂覆特性可知的情况下进行。在激光熔敷过程中，如果不采用特殊的工艺过程对基材的热输入量进行控制，将会使熔敷层与基体结合程度不理想，或在熔层表面和熔敷层与基材的过渡区产生裂纹。因此，合理地选择工艺参数是激光熔覆技术用于模具维修的关键因素。

根据物理冶金原理，熔敷材料和基体材料必须加热到足够高的温度才能满足实现冶金反应所无原则的条件，最终形成几何外形规则的熔敷层，见图1，根据经验，应尽可能使熔敷材料加热到较低的温度，这样可以减小熔敷裂纹、畸变倾向，也可避免熔敷材料的烧损和蒸发，需控制熔化材料的熔点(取基体、粉末材料两者最高熔点)tm+(50-100)℃。 参考 温度场计逄， 理论 上p取值为1kw-2kw、为2mm/s-4mm/s可满足上述要求，至于熔覆层表面不平度，可通过调节送粉量实现其最小化。

2.2 试验 方法

试验用横流连续波5kw-co2激光器，光束模式为多模，光斑直径为4mm，基体材料(模具)为5crmnmo钢，试样尺寸80mm×60mm×10mm，由于ni合金粉流动性好，与基材相结合后表面光洁，价格适中，故选用了ni60镍基合金粉末材料。试验选定激光功率p为1.5kw 。

3 试验结果 分析

3. 1工艺参数对模具修复性能的影响

从熔覆层组织可以看出，激光与粉末材料相互作用充分，稀释率适中，在熔覆层内各层间组织与层内组织稍有差别，层内组织均匀细小致密，层间组织较粗大。由此可知，激光修复可以在相当宽的范围内获得组织均匀、细小致密和性能优异的修复层。测量1~3层硬度变化为85hv0.2。

试验结果表明，粉末在与激光相互作用时，如果激光功率p>5kw且扫描速度<1mm/s，基体因加热温度过高而被烧损，表面出现折皱以及气孔等质量 问题 。究其原因熔覆过程熔池内搅拌加剧，基体元素与金属粉末元素相互扩散严重，熔覆层开裂、变形敏感性明显上升。当激光功率p=1kw~2kw、扫描速度=2mm/s~4mm/s范围内均可得到较理想的激光熔覆层。此外，若加热温度过低无法充分熔化，难于达到修复模具的目的。扫描速度过大时出现熔覆层不连续现象，其结合强度不够。稀释率随扫描速度的增加，呈减小的趋势，而随送粉量的增大使稀释率有增加的趋势。

3.2 工艺参数对模具修复宏观形貌的影响

试验表明，在p和变化不大时，激光熔覆表面宏观形貌与送粉量关系密切，在其它条件相同的情况下，随的增大，熔覆层宽度有所变化(有变小的趋势)，而熔覆层厚度明显增加，接触角加大。完全可以利用调节的方法改善熔覆层表面不平度。

熔覆技术篇6

激光修复技术是集高功率激光、计算机、数控机床、CAD/CAM、先进材料、数控技术等多学科的应用技术。修复系统主要由硬件设备和制造过程软件组成。硬件设备包括激光器、数控系统及工作台、送粉装置、光路系统、水冷装置、保护气系统和在线控制所涉及的数据采集装置。软件系统包括制造零件成型软件擞据通讯和在线控制软件。激光修复过程如图2所示。CO2激光器发出的激光经CNC数控机床Z轴(垂直工作台)反射镜后，进入三维光束成形聚焦组合镜，再进入同轴送粉工作头，组合镜和工作头都固定在机床Z轴上，由数控系统统一控制。载气式送粉器将粉末均匀输送到分粉器的同轴送粉工作头。

模具位于CNC数控工作台X-Y平面上，根据CNC指令，工作台、组合镜和送粉头按给定的CAD程序运动。同时加入激光和粉末，逐层熔敷。在温度检测和控制系统作用下，使模具恢复原始尺寸。为保证熔覆材料(金属粉末)和基体(模具)材料实现冶金结合，以及模具的尺寸精度、表面光洁度和材料性能，需将φ50mm圆形多模1kW-5kW高功率激光束变换成强度均匀分布的圆形光束，光斑尺寸可调(光路系统)，并配有水冷系统和光束头气体保护系统，同时需重点考虑同轴送粉装置和现场控制系统的设计。

1.1同轴送粉装置

稳定可靠的粉末输送系统是金属零件修复质量的重要保证。粉末输送的波动将影响修复的质量。激光修复对送粉的基本要求是连续、稳定、均匀和可控地把粉末送入激光熔池。送粉装置由送粉器和同轴送粉嘴组成。在送粉器的粉斗下部，由于平衡气压的作用形成气固两相流化，并从导管开孔，随载气输送粉末。送粉量由输送气体的压力调节，拓宽了送粉范围，实现从5g/min-150g/min均匀连续可调送粉，送粉精度高达±5。设计的载气同轴粉嘴，消除了气体压力波动引起的4路送粉不均匀，并使工作距离加大，且连续可调。

1.2模具修复过程的控制

在理论上，熔池温度场决定修复过程的宏观与微观质量，因此在激光熔覆层质量控制过程中，表征熔覆层熔池温度场的实时检测非常重要。采用红外测温技术来检测激光加工区域的温度场，结合温度场标定结果推导出实际的温度场信息，来控制激光器功率输出值以及CNC机床的运动速度，以保持熔池温度稳定，避免零件由于过热或温度不均产生裂纹气孔等缺陷。虚线范围内所示的是比色测温仪，光路系统选用单台相机，切换不同滤色片的单通道图像记录方式。滤光片及其控制保证两个滤光片(804.5nm和894.6nm)交替置于数字相机图像记录光路中，移动响应时间<10ms，由计算机控制的高精度步进电机实现准确定位。软件包括三部分：①控制滤光片转入记录光路机械控制部分;②进行实时的同步图像采集、处理以及温度场标定和计算;③用测量温度变化量所得到的过程参数，调节激光功率和机床运动速度。

1.3激光修复模具工艺参数

激光修复伴随着传热、辐射、固化、分子取相及结晶等物理和化学变化，是个多参数过程。激光功率P、扫描速度、送粉量、熔池温度等都会对其产生影响。因此必须把参数合理地组合，以确保修复工作是在涂覆特性可知的情况下进行。在激光熔敷过程中，如果不采用特殊的工艺过程对基材的热输入量进行控制，将会使熔敷层与基体结合程度不理想，或在熔层表面和熔敷层与基材的过渡区产生裂纹。因此，合理地选择工艺参数是激光熔覆技术用于模具维修的关键因素。

根据物理冶金原理，熔敷材料和基体材料必须加热到足够高的温度才能满足实现冶金反应所无原则的条件，最终形成几何外形规则的熔敷层，见图1，根据经验，应尽可能使熔敷材料加热到较低的温度，这样可以减小熔敷裂纹、畸变倾向，也可避免熔敷材料的烧损和蒸发，需控制熔化材料的熔点(取基体、粉末材料两者最高熔点)Tm+(50-100)℃。参考温度场计逄，理论上P取值为1KW-2KW、为2mm/s-4mm/s可满足上述要求，至于熔覆层表面不平度，可通过调节送粉量实现其最小化。

2.2试验方法

试验用横流连续波5kW-CO2激光器，光束模式为多模，光斑直径为4mm，基体材料(模具)为5CrMnMo钢，试样尺寸80mm×60mm×10mm，由于Ni合金粉流动性好，与基材相结合后表面光洁，价格适中，故选用了Ni60镍基合金粉末材料。试验选定激光功率P为1.5kW。

3试验结果分析

3.1工艺参数对模具修复性能的影响

从熔覆层组织可以看出，激光与粉末材料相互作用充分，稀释率适中，在熔覆层内各层间组织与层内组织稍有差别，层内组织均匀细小致密，层间组织较粗大。由此可知，激光修复可以在相当宽的范围内获得组织均匀、细小致密和性能优异的修复层。测量1~3层硬度变化为85HV0.2。

试验结果表明，粉末在与激光相互作用时，如果激光功率P>5kW且扫描速度<1mm/s，基体因加热温度过高而被烧损，表面出现折皱以及气孔等质量问题。究其原因熔覆过程熔池内搅拌加剧，基体元素与金属粉末元素相互扩散严重，熔覆层开裂、变形敏感性明显上升。当激光功率P=1kW~2kW、扫描速度=2mm/s~4mm/s范围内均可得到较理想的激光熔覆层。此外，若加热温度过低无法充分熔化，难于达到修复模具的目的。扫描速度过大时出现熔覆层不连续现象，其结合强度不够。稀释率随扫描速度的增加，呈减小的趋势，而随送粉量的增大使稀释率有增加的趋势。

3.2工艺参数对模具修复宏观形貌的影响

试验表明，在P和变化不大时，激光熔覆表面宏观形貌与送粉量关系密切，在其它条件相同的情况下，随的增大，熔覆层宽度有所变化(有变小的趋势)，而熔覆层厚度明显增加，接触角加大。完全可以利用调节的方法改善熔覆层表面不平度。

4结论

熔覆技术篇7

【关键词】截齿；精密离子焊；熔覆；耐磨

0.前言

煤炭作为国家能源的主体，增加煤炭年产量、提高采煤劳动生产效率的一项关键性技术就是采掘机械化。截齿是与综采、连采设备相配套使用的重要易损件。随着采掘机械向大功率、高速、重载方向的发展，对截齿的综合机械性能提出越来越高的要求。目前，煤矿井下最常用的采掘机械是螺旋滚筒式采煤机和掘进机，其所用的采煤刀具称为稿型截齿，掘进机、采煤机就是通过稿型截齿来破碎煤层、岩层以及夹矸的。由破碎机理可知，采煤机、掘进机镐形截齿在采煤、掘进过程中除承受压缩、弯曲和冲击等力的作用外，在锻打、钎焊、热处理过程中还要受高温加热的影响，因此在采煤过程中常常发生硬质合金头破损、硬质合金头脱裤、截齿齿体过早磨损和沿截齿颈或槽断裂等，使镐型截齿的寿命大大缩短。煤矿现场调查表明，采煤机国产镐型截齿硬质合金头破损占10%～20%，硬质合金头脱裤占15%～25%;母体过早磨损占25%～40%;沿截齿颈或槽断裂占1%～5%，正常磨损的仅占10%～45%，使得国产采煤机镐型截齿寿命只有同类进口截齿产品寿命的70%左右，造成了硬质合金和钢材等原材料的巨大浪费。由于受材料、加工工艺、热处理工艺等因素限制，国产截齿质量与进口同类截齿相比存在着较大的差距，尤其是在割岩层时，远不能满足井下工况条件的要求，遇到岩层时，只能使用价格昂贵的进口截齿，因此寻求一种新的工艺方法解决截齿耐磨性能已刻不容缓。熔覆工艺是在焊接和粉末冶金技术结合发展的基础上，在传统的热处理工艺不改变的条件下，对截齿齿体进行熔覆硬质合金粉末，可以有效地提高齿体头部的耐磨性能。

1.熔覆工艺研究原则

以MT/T 246-2006《采掘机械用截齿》标准为产品研发的基础。

2.截齿通用的生产工艺

截齿通用的生产工艺为：圆钢抽样检验——下料——热锻——机加工——钎焊——热处理——抛丸（喷丸）处理——安装弹簧挡圈——质检——防腐处理——包装——入库。齿体材料一般选用优质合金钢，齿头硬质合金采用铜基高频钎焊。截齿在实际的使用过程中的质量缺陷是截齿齿头部位过早磨损，导致硬质合金刀头出现崩碎、掉头现象，造成截齿早期失效。

3工艺制定过程

3.1齿体材料的合理选用

将采用42CrMo和35CrMnSiA两种材料生产的截齿随机抽取一定数量的样品委托济南山东大学做实验室试验。试验结果表明：采用42CrMo材料生产的截齿淬火硬度和金相组织完全达到MT/T 246-2006《采掘机械用截齿》标准要求，而且在工矿试验中发现其综合机械性能远远优于采用35CrMnSiA材料生产的截齿，同时规避了35CrMnSiA在盐浴保温过程中工艺参数不好控制造成产品质量不稳定的缺陷，故选用42CrMo作为截齿齿体材料。

3.2硬质合金刀头材质及形状的选择

通过与硬质合金刀头厂家的技术专家协作，选择各项性能指标满足岩石硬度系数f8要求的硬质合金。同时，在硬质合金刀头外形上进行修改，确定合适的硬质合金刀头形状，即能保证切割速度又有足够的强度。试制出产品后，通过工况试验观察使用情况，刀头崩碎、断裂导致截齿失效的形式基本消除。

3.3合金刀头孔间隙的合理选择

刀头脱落是截齿失效最常见的形式之一。引起刀头脱落的关键因素是焊接缺陷。而刀头与刀头孔的公差配合不当容易导致焊接缺陷。

通过查阅资料并向专家咨询制定出合理的配合公差，试制出产品。按照技术标准进行试验，将试验样件在5倍放大镜下观测截面上的焊缝，确保焊料充盈度不小于80%。

4.熔覆硬质合金粉末

在保证基体材质、硬质合金刀头材质和形状以及合金刀头孔间隙的条件下，采用现有工艺完成截齿前期生产过程后将截齿进行抛丸处理，即可进行硬质合金粉末的熔覆工艺。

4.1技术特点

微束等离子熔覆机所采用的等离子束，是一种电离弧，比弧焊机热量更集中，所以加热速度更快，为了获得更集中的离子束，一般采用高压缩比孔径，小电流，以便控制基体温度不致太高，避免引起退火变形。由于等离子弧为连续工作，造成机体冷却相对较慢，形成的过渡区域比激光熔覆要深一些，这对硬面材料熔覆来说，应力会释放的好一些。

4.2工艺特点

①前期处理简单：只需除锈去污去疲劳层即可。

②送粉：采用氩气送粉，送粉精度要求低，可以有一定的倾斜度。

③微束等离子稳定性好：微束等离子的稳定性好，熔池的形成也易于控制，合金粉与机体融合充分，区域过度较好。

④加热和冷却速度低于激光：熔融状态维持时间长，有利于金相组织均匀形成，排气浮渣较好，在粉末喷出过程中就已经加热，且有氩气和离子气的保护，所以熔覆层均匀度更好，气孔夹渣等缺陷更少。

⑤材料选择：等离子加热方式对材料限制少，材料选择更广泛，对碳化物，氧化物的熔覆更容易一些。

5.结论

在截齿齿头熔覆硬质合金粉末为截齿强化技术找到了一条途径，既保持了截齿的整体韧性，又提高了截齿头部的耐磨性。经工业性试验验证后，熔覆合金截齿使用寿命为传统工艺截齿的2倍以上，在井下过断层和岩层时尤为明显，万吨煤截齿消耗量明显减少，截齿磨偏现象基本解决，大大提高了煤矿生产效率。　[科]

【参考文献】

［1］胡希伟.等离子体理论基础.北京大学出版社,2006．

熔覆技术篇8

Abstract: In recent years, the aluminum alloy surface modification technology has made progress, the article focuses on chemical oxidation methods, laser cladding, plasma micro-arc oxidation.

Keywords: aluminum surface treatment; chemical oxidation; laser cladding; plasma micro-arc oxidation

中图分类号：TU74文献标识码：A

引言

铝是元素周期表中第三周期主族元素，为面心立方晶格，无同素异构转变，延展性好、塑性高，可进行各种机械加工。铝的化学性质活泼，在干燥空气中铝的表面立即形成厚约1一3nm的致密氧化膜，使铝不会进一步氧化并能耐水；铝是两性的，既易溶于强碱，也能溶于稀酸。铝在大气中具有良好的耐蚀性。纯铝的强度低，只有通过合金化才能得到可作结构材料使用的各种铝合金。铝合金的突出特点是密度小、强度高。

然而，铝的腐蚀电位较负，全面腐蚀比较严重。铝及其合金的腐蚀形态常见的有：点腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、丝状腐蚀和层状腐蚀。为了克服铝合金表面性能方面的缺点，扩大应用范围，延长使用寿命，表面处理技术是非常重要的一环，用以解决或提高防护性、装饰性和功能性三大方面的问题。

二、常用的方法有

化学氧化法

金属表面处理工业中的化学转化处理时使金属与特定的腐蚀液接触，在一定条件下，金属表面的外层原子核腐蚀液中的离子发生化学或电化学反应，在金属表面形成一层附着力良好的难溶的腐蚀生成物膜层。

1.1阳极氧化法

铝的阳极氧化法是把铝作为阳极,置于硫酸等电解液中,施加阳极电压进行电解,在铝的表面形成一层致密的Al2O3膜,该膜是由致密的阻碍层和柱状结构的多孔层组成的双层结构。

1.2微弧氧化法

微弧氧化又称等离子体氧化,是在阳极氧化基础上,在金属基表面原位生长陶瓷层的一种表面处理技术。当阳极氧化电压达到某一临界时,材料表面氧化层被击穿,产生弧光放电,并产生瞬间高温(>2000℃),氧化膜在高温高压作用下熔融,等离子弧消失后,熔融物激冷而形成非金属Al2O3陶瓷层。

1.3有机硅烷化处理

有机硅烷化处理是近年来发展起来的一种新型金属表面防护性工艺，由于无污染、处理件耐性蚀好，受到人们的青睐。该工艺是基于一种可水解生成硅醇的硅烷试剂。有机硅烷课与基底铝合金形成极强的Me-O-Si键，而硅烷的有机部分又可与表面聚合物涂层（底漆）形成磷化底漆处理化学键结合，硅氧烷键的形成可大大提高表面聚合物涂层与基体铝合金的结合力，同时也使铝合金的抗腐蚀性得以提高。

1.4 电泳涂漆处理

电泳涂漆起源于日本，实际也是在阳极氧化基础上的一步深加工处理。电泳涂层兼有阳极氧化膜和聚合物涂层双层有点。电泳涂漆是把共建和对应电极放入水溶性树脂制成电泳漆液中，接上直流电源后，在电场的作用下，涂料在工件上沉积形成均匀膜的一种工艺，具有漆膜均匀、附着力强、涂料利用率高、施工速度快等有点。而且对于异形型材也有很好的涂装效果。

1.5磷化底漆处理

在铝合金表面涂磷化底漆是在铝磷化的同时形成漆膜，磷化底漆本身不能单独起到底漆作用，是一种表面预处理方法，主要用在不能进行阳极氧化或化学氧化部件。磷化底漆的基料，组分一以聚乙烯醇缩丁醛树脂为主，加有铬酸盐等防锈颜料和助剂，组分二为磷酸，使用前将两组分按规定比例混合均匀，喷漆在铝板表面时一部分磷酸与金属铝结合，使金属表面和涂层系统中的底漆具有良好的结合能力

2.激光熔覆激光熔覆技术是采用高能激光束将金属-陶瓷复合粉末熔于基材表面，获得金属陶瓷复合层的工艺。其工艺方法有两种：预置涂层法和同步送粉法。预置涂层法是先将粉末与粘接剂混合后涂于基体表面，干燥后进行激光加热。同步送粉法是在激光照射到基体的同时侧向送粉，粉末熔化而基体微熔，冷却后得到熔覆层。二者方法不同但效果相近，即熔覆层通常与施加的合金粉末的化学成分相近，熔覆层与基体之间为冶金结合，只有在界面结合层的较窄范围内，施加合金粉末才受到基体的稀释。激光熔覆是一个复杂的工艺过程，工艺参数较多，可分成4类：1>激光系统本身，如光束模式、功率稳定性等；2>基体，如基体材质、表面状态等；3>涂层材料的特性及涂置工艺；4>处理条件，包括光束大小与形状、功率大小及扫描速度等。对于铝合金的激光熔覆，根据覆层种类和厚度，正确选择激光参数很重要。如果能量输入不足，不仅得不到熔化良好、凝固致密的覆层，更得不到良好的冶金结合层。如果输入的能量密度过大，覆层又会因铝合金基材过多熔化稀释，使性能显着恶化，而且还增多了涂层的气孔等缺陷。

3.等离子体微弧氧化等离子体微弧氧化（PMAO）又称微等离子体氧化（MPO）、阳极火花沉积（ASD）或火花放电阳极氧化（ANOF）,这是一种直接在有色金属表面原位生长陶瓷层的新技术。它是近十几年在阳极氧化基础上发展起来的，但两者在机理、工艺及膜层性质上有许多区别。其原理是：将Al、Mg、Ti等有色金属或合金置于电解质水溶液中，利用电化学方法在材料表面微孔中产生火花放电斑点，在热化学、等离子体化学和电化学的共同作用下，生成陶瓷膜层的方法。由于等离子体弧光放电具有高密度能量，可以在基体与外来陶瓷膜层物料间形成气相搅拌，使之充分混合、反应并烧结，通过合理控制沉积速率、反应速度及烧结能量，即可在基体（阳极工件）表面上获得具有较高硬度、膜层与基体结合性能良好的陶瓷化膜层；同时，由于参与反应并形成陶瓷相的物料离子在液体中受到电场力作用可均匀传输到基体附近的空间，在膜层的均匀性、对基体形状尺寸允许程度等方面会有较好保证。通过改变电解液成份及工艺参数，可以制备出不同化学成份配比、晶体结构类型及性能的陶瓷膜层。膜层和基体直接在离子键的作用下结合在一起，等离子体弧光放电的高密度能量使基体表面微区内形成熔融区，使膜层与基体之间形成微区冶金结合，提高了膜层与基体之间的结合能力。

熔覆技术篇9

一、有线电视光纤熔接的基本内容

通常而言，有线电视光纤熔接人员在工作之前需要确定其网络结构形式。具体考虑到光节点到各个用户区域时候的信号质量、经济状况薄弱、星型结构或者星树型结构等。同时，在熔接之前需要针对光缆线路进行设计。设计过程中，熔接人员需要绘制路由图、设计相应的系统图（在此过程中计算出每一条光缆线路的链路损耗，计算出每一条线路风光比以及每个光节点的风光比。编制相应的分路器图）、保留相应的资料。

二、光纤制备

（一）光纤清洁

在整个光纤制备过程中，光纤涂覆层的清洁是首要完成的工作。清洁光纤涂覆层时，工作人员应该用棉布沾取纯度为99%或100%的酒精对光纤进行擦洗。常规情况下，从光纤端面开始计算，往里40厘米为必须清洁范围。在实际操作中，多数员工缺乏对光纤进行清洁的意识，认为清洁光纤是做无用功。这种认知是不正确的，如果不对光纤进行清洁，覆盖在涂覆层上的杂质或灰尘就很容易进入光纤热缩管。在光纤热缩管中存在杂质或灰尘的情况下，光纤在操作过程中会极易发生断裂情况，不利于光纤的长效使用。

（二）光纤装套

完成涂覆层清洁工作之后，就应该进行热缩管的装套工作。首先，应该将光纤按照颜色、束管进行分类。将同种颜色的光纤与相应的束馆进行对接，严禁出现不配套、不规范的情况。其次，将对应颜色和规格的光纤束管从热缩管中穿过。在穿的过程中，工作人员必须技法纯熟，以免破换光纤。光纤穿过热缩管时，是没有涂覆层的，所以整个光纤部分会十分脆弱。对此，针对工作人员，要求在工作过程中小心轻放、耐心细心。针对光纤本身，装套热缩管的主要目的就是为了保护光纤接头。

（三）光纤剥除

光纤剥除的工作要求是剥除30毫米至40毫米的涂覆层。在这个过程中，工作人员需要使用剥线钳。因此，要求工作人员必须具备相应的使用技能。具体的剥纤方法包括稳、平、快三种。稳，即工作人员手里拿的剥线钳一定要稳。平，即工作人员手拿的光纤要保持水平状态。快，即工作人员剥除光纤的速度一定要快。通常情况下，剥纤时需要将左手食指和拇指紧握光纤使其处于水平，小拇指和无名指弯曲固定光纤，右手紧握剥纤嵌使其与光纤保持垂直并用钳口卡稳光纤，然后右手用力，带动剥纤嵌沿着光纤轴的方向快速推出。

（四）光纤切割

光纤切割是光纤制备过程中最后一个环节，也是最为关键的环节。这个环节要求操作人员具备极强的心理素质和技术能力。在进行光纤切割时，工作人员必须严格遵守操作规范和行为动作。首先，操作人员应该对切刀进行清洁、调整、预置，其清洁目的是防止端面污染，其置放规则是水平、稳定。其次，操作人员动作要平稳、自然，不能过重也不能过轻。如果动作不平稳，容易造成光纤斜角，毛刺的情况。如果切割手法过重，容易造成短纤、裂痕等情况。如果切割手法过轻，容易造成光纤资源的浪费。

三、光纤熔接

（一）加热和熔接工作

在加热和熔接过程中，工作人员应该重视每一个步骤。首先，做好熔接前准备工作。工作人员应该对光纤进行预熔，根据不同的材料、不同的类型对光纤进行分类预熔。同时，工作人员必须正确设置关键参数，应该将主熔电流设置为最佳预熔电流，将时间设置为最佳预熔时间，将光纤送入量定位最佳送入量。其次，完成熔接工作。在进行熔接时，工作人员不仅需要及时完成清洁，还需要随时注意熔接过程中可能出现的不良现象。一般情况下，需要着重清洁的地方包括电极、物镜、熔接机的V槽以及整个熔接室，常见的不良现象包括熔浆内出现气泡，熔接过细或过粗，熔接不严实、分离等。

（二）盘纤工作

光纤熔接完成之后，就需要对其进行盘纤。盘纤是一门对操作人员要求极高的技术性工作，只有利用科学正确的方法进行盘纤，才能使光纤使用寿命更长、使用效率更高。常规的盘纤方法有两种，一种是从中间往两边开始盘，另一种是从一端往另一端开始盘。两种方法各有千秋，操作人员可根据习惯进行。另外，对长短不一、不好处理的光纤进行绕盘时，需要进行单独绕盘。对带有特殊器件的光纤进行处理时，也需要进行单独绕盘。总而言之，对常规光纤必须利用科学的方法进行绕盘，对特殊光纤也必须遵循特殊的处理方法。

四、结束语

熔覆技术篇10

关键词等离子喷涂，氧化锆涂层，封孔处理

1前 言

等离子喷涂技术具有生产效率高、制备涂层质量好、喷涂材料范围广、成本低[1～7]等优点，因此近些年来其技术和生产应用发展迅猛。等离子喷涂氧化锆涂层是一种性能优异的热障涂层，具有优良的耐高温、防腐蚀、高化学稳定性、高硬度等特点，因此被广泛应用于航空、航天或柴油机燃烧室等高温、强腐蚀的工作环境中，可有效地保护金属基体，起到防腐耐蚀的作用。但是等离子喷涂氧化锆涂层并非十分致密，存在许多孔隙[8,9]。而腐蚀介质有可能通过涂层的孔隙对金属基体造成直接腐蚀，引起涂层的剥落，导致设备破坏，造成大量经济损失。为了使等离子喷涂氧化锆涂层更有效地服务于恶劣环境，必须对涂层进行封孔处理，以降低涂层的孔隙率，使涂层致密化。

2等离子喷涂氧化锆涂层中存在孔隙的原因

等离子喷涂氧化锆涂层与其它涂层的形成机制相似，均由熔融或半熔融的变形粒子堆叠于金属基体表面而形成。变形粒子在堆叠时，并不是完全重叠的，而是交错堆叠的。而且变形粒子飞行速度和温度不同，使不断堆叠起来的粒子呈现出明显的不规则状，这样必然会导致堆叠粒子之间存在缝隙。而在涂层形成过程中，变形粒子从熔融态转变为固态，温度不断下降，这是个快速凝固的过程。这个过程中，从熔融态粒子间析出的气体来不及从粒子堆内逸出，就会在涂层中形成气孔。另外，变形粒子在凝固过程中是会发生收缩的，而收缩速度过快的话，多余液相不能及时补充，就会在涂层中形成孔洞[10]。由于粒子是交错堆叠的，故涂层表面凹凸不平，甚至有未完全熔化的粒子粘附于涂层表面，且涂层表面的气孔也易附着于涂层表面的凹陷处，这些对涂层的致密度也有一定影响。

3降低陶瓷涂层表面孔隙率的方法

目前常用的降低涂层孔隙率的办法有热扩散重熔、利用喷涂材料降低孔隙率、改进及改善喷涂工艺、封孔剂封孔等。

3.1 热扩散重熔

热扩散重熔是材料表面改性技术的一种重要方法，是一种利用高能热源将成形涂层重新加热熔化以使涂层致密化的加工工艺，可以消除最初喷涂工序中产生的孔隙并提高涂层耐腐蚀性的能力。重熔可使热喷涂涂层与基体的结合区由原来堆叠的层状组织变为致密和较为均匀的组织，涂层有一定的收缩，孔隙减少甚至消失[11]。涂层熔化时的加热方式有气体燃烧加热、气氛控制炉加热以及高频感应加热等方式，近年来又发展了激光、电子束、等离子束、太阳能等加热方式。火焰重熔必须严格控制过热，电子束重熔必须在真空室中进行，工件形状受到限制[10]。而激光重熔技术以其高能热源高利用率而愈来愈为人们所使用。

A.Petitbon[12]等人用连续波CO2激光器对等离子喷涂氧化锆涂层进行重熔，并在重熔过程中添加了氧化铝粉，以形成了Al2O3-ZrO2复合涂层。重熔后涂层的强度明显增大，耐磨性、耐高温腐蚀性明显提高，涂层也更加致密。S.Ahmaniemi[13～16]等人采用激光熔覆法对氧化锆涂层进行封孔，使氧化锆晶体发生晶格畸变，由不稳定相转变为稳定相，显微硬度也有了一定的提高。C.Batista[17]等人用CO2或Nd:YAG激光器对氧化锆涂层进行激光熔覆，并将熔覆前后的涂层进行对比，发现熔覆后的涂层更加致密，抗氧化性能、耐热腐蚀性能明显提高。Z.Liu[18]采用CO2或Nd:YAG激光器对等离子喷涂氧化锆涂层进行封孔处理，可以得到光滑致密的涂层，且提高了涂层的机械性能。K.Mohammed Jasim[19]等人对等离子喷涂的ZrO2-20wt%Y2O3涂层进行激光熔覆，发现等离子喷涂氧化锆涂层中氧化锆晶体约90mol%呈c相和约10mol%呈t相，熔覆后的涂层中c相成分明显增多，基本没有找到t′相。向兴华[20]等人在保证梯度涂层的成分分布不被影响的前提下，对等离子喷涂ZrO2-NiCoCrAlY梯度涂层进行激光重熔处理。经重熔处理后，ZrO2熔化区形成了致密的结晶组织，其硬度得以大幅度提高，涂层的抗氧化性能得到较大的改善。杨元政[21]等人通过实验研究了添加剂SiO2在等离子喷涂陶瓷涂层及其激光重熔中的作用，激光重熔后ZrO2涂层明显致密化。

从以上例子可以看出，激光熔覆技术可以提供大量高能热源，使氧化锆涂层中的不稳定相向稳定相转变，从而提高氧化锆涂层的性能。而且激光熔覆技术可将涂层在高热源下熔化，同时也使基材微熔，使产生冶金扩散结合，且重熔层成分均匀，更加致密，提高了涂层耐蚀、耐高温抗氧化等性能。但是，由于激光熔覆后涂层快速凝固，涂层中存在的气体来不及逸出表面，而在熔覆层中产生了气孔。另外，熔覆层内的局部热应力超过材料的强度极限时就会在熔覆层中产生裂纹。这些缺陷的大量存在对于涂层来说都是有害的，另外激光设备价格高昂且热转化效率低，因此限制了激光重熔工艺在生产上的广泛应用。

3.2 利用喷涂材料降低孔隙率

某些混合的陶瓷氧化物在高温下能够形成孔隙率很低的涂层。熔点高的氧化物形成多孔的涂层骨架，而熔点低的氧化物则发生熔融，牢固地粘附在第一种氧化物的孔隙中。第二种氧化物还能与第一种氧化物形成固溶体，因而形成完整致密的涂层[22]。杨元政[21]等人在等离子喷涂ZrO2涂层内添加低熔点的SiO2，通过其“液相烧结”作用提高涂层的结合强度和致密度。然而这种封孔方式并没有从根本上解决等离子喷涂带来的孔隙问题，只是在一定程度上使涂层致密化，并提高了涂层性能。

3.3 改进及改善喷涂工艺

通过选用合适的工艺参数，如：喷涂距离、喷涂速度、主气流量、送粉气流量、功率、粉末粒度等，也可以降低涂层的孔隙率。Anand Kullkarni[23]等人在等离子喷涂氧化锆涂层时发现，涂层孔隙率随粉末粒度增大而增大，这是因为粒度越大熔化得越不够完全，且半融化大颗粒之间易产生孔隙；喷涂速度越快孔隙率越高，原因是喷涂速度快会导致涂层平铺于基体表面的半熔化成分过于稀松，且涂层收缩程度较大，易产生孔隙；基体预热温度升高涂层孔隙率会显著下降。但是，这种封孔方式只能尽量减小产生孔隙的可能，并不能较大程度降低涂层的孔隙率。

3.4 采用封孔剂进行封孔处理

涂层的封孔剂必须具有足够的渗透性、含有较高的固体含量、能经受一定的机械作用、有良好的耐蚀性能、在工作温度下性能稳定、不与涂层或基体发生化学反应、操作容易安全等。目前常用的封孔剂有有机和无机两大类。

（1） 有机封孔剂

有机封孔剂主剂一般用环氧树脂、酚醛塑料、呋喃、聚甲基丙烯酸酯、硅树脂、聚酯、聚亚安酯、乙烯树脂和石蜡等，溶剂采用醇类、芳香族碳氢化合物、酯类等。有机封孔剂可分为常温硬化型和加热硬化型两大类。加热硬化型可以使涂层封孔均匀，而常温硬化型可应用于大型制品施工上。石蜡的使用温度较低，可耐盐水和淡水以及大多数酸和碱，可防止液体渗入并提供性，但是不耐碳氢化合物和其它有机溶剂。煤焦油环氧树脂可用于浸渍在淡水或海水中的涂层。催化型环氧树脂和聚酯树脂可用于密封大面积或不能烘烤的涂层[1]。

易茂中[24]等人分别以水玻璃、有机硅树脂、NiCrBSi涂层对等离子喷涂ZrO2涂层进行封孔，经对比发现：有机硅树脂封孔效果最好，NiCrBSi涂层次之，水玻璃效果不明显。木村雄二[22]等用硅酸乙酯在SUS304不锈钢上等离子喷涂NiCrAlY底层、ZrO2-8%Y2O3工作层进行了封孔处理，认为通过2次刷涂，硅酸乙酯封孔剂即可浸入涂层达30μm左右，通过封孔处理使贯通型缺陷减小1/4左右。

虽然此法可以明显提高涂层的致密度，但是有机封孔剂不耐高温，达到一定温度就会发生挥发反应，因此受限于高温环境下作业。

（2） 无机封孔剂

近年来，各种无机封孔剂在对陶瓷涂层进行封孔处理中获得了广泛的应用。

由于碱金属硅酸盐耐高温、易溶于水、成膜性好、价格低，因此在无机封孔剂中，通常使用碱金属硅酸盐为基料。阎瑞[25]等利用无机材料耐高温的特点，在试验中选用碱金属硅酸盐做基料研制出耐高温封孔剂。对涂层封孔处理后，涂层的耐酸、碱、盐性能良好，耐高温腐蚀性能明显改善，可使涂层的使用寿命延长1倍，满足工业应用需要。P.Vuoristo[26]等人将Al(OH)3与H3PO4按照1:4.2比例混合，并加入20wt%去离子水组成的封孔剂对等离子喷涂氧化锆涂层进行封孔后发现，涂层孔隙率下降40%，耐腐蚀性提高67%，涂层显微硬度提高。

利用素瓷层固化成形的工艺，曹国平[27]等用CrO3水溶液为浸渍剂，对等离子喷涂氧化锆涂层进行常压及真空浸渍固化处理，并研究了表面处理对氧化锆涂层表面的封孔作用和对涂层性能的影响。实验证明：经过处理的氧化锆涂层结合强度明显增强，孔隙率显著下降，抗热震性有所下降，涂层硬度明显提高。这种封孔剂结合了陶瓷的性能，具有高熔点，可以耐高温，化学稳定性也较好，耐腐蚀性能良好。

无机封孔剂的优点在于其可以在高温腐蚀环境下工作，并能保持其原有的机械性能，同时可以提高涂层的显微硬度，并使其致密化。鉴于其应用范围较广，近几年来无机封孔剂的研究正在不断发展和进步之中。

综上所述，有机封孔剂具有其固有的粘接能力强的优点和不耐高温的缺陷，无机封孔剂具有其固有的耐高温和化学稳定性好的优点，将两者有机结合，就产生了耐高温无机胶粘剂[28～32]。现代的无机胶粘剂外观通常是一种糊状物，一般由粘料、骨料及固化剂与必要的改性剂等部分组成。粘料为无机聚合物溶液或固溶液，具有粘合性，固化能成膜，并进一步缩聚，高温下为非晶相或有结晶析出；骨料主要为陶瓷材料。在许多情况下，骨料即是固化剂。在粘结过程中，粘料与骨料、固化剂起化学反应，使胶粘剂具有优良的性能。50年代，美国开始首先在航空业应用玻璃粘接耐热合金，之后Illinois大学、Aeronca公司等也进行过相关研究。继而美国的康宁玻璃公司和英国的电气公司研究了玻璃陶瓷，随后引发了国内外对于陶瓷胶粘剂的大量研究[33,34]。陶瓷胶粘剂除能有效应用于金属、陶瓷等耐热粘接充填与紧固外，还可应用于电气、电子材料等。国内于1981年成功研制了C-2无机胶[33]，以后不断研究使其性能进一步提高，并加以工业使用。这种陶瓷胶粘剂耐温温度可高达上千度，在高温环境下使用而自身性能稳定无变化，故可以应用于等离子喷涂氧化锆涂层上。但是目前将陶瓷胶粘剂应用于陶瓷涂层上的相关文献未曾发现，在将来也是一项可研究利用发展的课题。

3.5 其它封孔方式

施釉是一些学者[10,11,35]新近提出的一种可以降低涂层孔隙率的封孔方式。釉具有极佳的耐热性、憎水性、耐磨性、耐腐蚀性以及绝缘性，可满足在高温腐蚀环境下应用。通过改变釉料成分并对釉料进行表面改性，使与涂层的膨胀系数、化学性质、弹性和抗张强度相匹配，并提高釉料粉体的流动性。可利用等离子喷涂的方法施釉，等离子的喷涂温度较高，可达到10000K以上，能充分熔融釉料，同时高速飞行的釉料更易进入涂层孔隙中，如再辅以后续烧结工艺，预期可得到性能良好的封孔效果。该施釉法对基体形状要求不高，有利于对某些形状复杂的工件进行施釉，同时也有利于现场施工。但是，此法尚在开发和研究之中。

热等静压（HIP）是在惰性气氛下同时加压和加热，以达到加速涂层与基体界面的扩散和消除内部孔隙的目的，改善涂层延展性、强度和耐冲击性。但是这个方法费用高昂，不宜实际应用。

4结 论

随着等离子喷涂氧化锆涂层封孔技术的不断深入，今后的发展方向可归结为：⑴在现有成熟技术和加工工艺的基础上，发展新型的封孔处理方法；⑵由于有机封孔剂不耐高温且不耐磨，而氧化锆涂层多应用于高温强腐蚀环境中，因此研制性能良好的高温无机封孔剂已成为降低氧化锆涂层孔隙率以提高其工作效率的有效途径；⑶ 等离子喷涂纳米氧化锆涂层具有比传统涂层更优良的性能、较低的热导率、更高的热膨胀系数以及更好的力学性能，且组织致密，因此在未来的研究也具有很重要的意义。

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Research Status of Sealing Treatments to Zirconia

Coatings by Plasma Spraying

Zhang ZhibinYan DianranGao GuoqiGao YangAn XuechuanZhang Qian

(Hebei University of TechnologyTianjin 300130)