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高速電弧噴涂鎳鋁打底層結(jié)構(gòu)與性能研究
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http://m.szycnet.cn 發(fā)表日期：2011-1-30 10:29:02
蘭格鋼鐵 |
高速電弧噴涂技術(shù)是近年來發(fā)展起來的新型熱噴涂技術(shù)，該技術(shù)具有優(yōu)質(zhì)、高效、低成本等特點。本文實驗研究了高速電弧噴涂鎳鋁打底涂層的組織結(jié)構(gòu)和力學性能，涂層的界面結(jié)合強度大于40MPa，顯微硬度平均值為210HV，表面粗糙度表征參數(shù)Ra值為1311m，涂層孔隙率為226%，涂層主要由鎳鋁合金和鎳、鋁氧化物組成。高速電弧噴涂鎳鋁涂層結(jié)合強度高，涂層組織致密，是優(yōu)良的打底涂層。
關(guān)鍵詞：高速電弧噴涂鎳鋁涂層打底層
高速電弧噴涂技術(shù)是近年來發(fā)展起來的新型電弧噴涂技術(shù)[1]，它是以電弧為熱源，以特殊的噴槍將熔化了的金屬絲材用氣流霧化，高速噴射到工件表面形成涂層的一種新型熱噴涂工藝。它以優(yōu)質(zhì)、高效、低成本等特點受到廣泛關(guān)注。
采用電弧噴涂技術(shù)對一些涂層結(jié)合強度要求高的零部件進行修復(fù)時，往往需要先噴涂打底層。打底層的研究也是電弧噴涂層推廣應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。在電弧噴涂的打底層材料中，鋁青銅絲材因具有自結(jié)合性被長期應(yīng)用，但是噴涂時，它的粉塵和煙霧會嚴重刺激人的呼吸道，引發(fā)高燒等癥狀。近年來，采用了鎳鋁合金絲材作為鋁青銅的替代絲材，不但使勞動條件改善，而且作為打底層的涂層質(zhì)量進一步提高。
1實驗材料與方法
11實驗材料
高速電弧噴涂Φ3mm鎳鋁合金(Ni－Al)實芯絲材。
12涂層界面結(jié)合強度測定
參照GB9796–88對偶件拉伸試驗法進行實驗。方法如下：在經(jīng)噴砂預(yù)處理的圓柱棒端面噴涂涂層，對偶件噴砂處理。而后用TG205高強度膠進行對心粘接，待完全固化后在CSS–1110電子拉伸試驗機上進行拉伸試驗。加載速度1mm/min。試驗結(jié)果依據(jù)公式σ＝F/S(σ為涂層的結(jié)合強度，F(xiàn)為拉伸力，S為接觸面積)計算得出。為減少誤差，采用4個數(shù)據(jù)取平均值的方法。試樣制備時采用24目棕剛玉噴砂處理，噴砂角度80o，噴涂層厚度在05mm左右。
13涂層硬度測定
從噴涂層試樣上切割10mm×10mm×5mm的小塊制備涂層截面金相試樣，為便于測量，涂層厚度控制在05mm左右。用пмт－3型顯微硬度儀測量涂層的顯微硬度。測量時選用載荷200g，加載時間15s，選取涂層中間部位10個點測量取平均值。
14涂層孔隙率測定
涂層的孔隙率測定采用灰度法在LEICAQ500MC型圖象分析儀上按國標GB3365－82進行，隨機取10個視場，測定其孔隙率，以平均值作為涂層的孔隙率。
15涂層表面粗糙度與截面組織結(jié)構(gòu)分析
涂層表面粗糙度在Talysurf5－120型處理器上測量，截面結(jié)構(gòu)組織分析在CSM－950掃描電鏡上進行，微區(qū)成分分析在PV9000能譜儀上進行。
2結(jié)果與分析
21結(jié)合強度
結(jié)合強度是作為打底層的關(guān)鍵性能指標，高速電弧噴涂鎳鋁涂層的平均結(jié)合強度為45MPa，最高值達到了51MPa。從圖1可以看出，涂層與基體的結(jié)合良好，粒子變形充分呈扁平狀，涂層均勻致密，層狀結(jié)構(gòu)明顯。在高速電弧噴涂過程中，粒子為熔融的鎳鋁合金液滴，根據(jù)Ni－Al二元合金狀態(tài)圖，此時會從鎳鋁固溶體中析出鋁。噴涂時，鋁和鎳會與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)放出大量的熱量，使熔融的鎳鋁合金粒子的溫度進一步升高，高溫高速粒子撞擊表面后，會形成局部的微冶金結(jié)合。這是涂層與基體界面結(jié)合強度提高的主要原因。
22顯微硬度
圖2(略)為鎳鋁涂層的顯微硬度分布，鎳鋁涂層的平均硬度值為210HV02，并且涂層的硬度值由涂層外緣到基體呈現(xiàn)處逐漸增大的趨勢。這主要是因為高速電弧噴涂的粒子速度提高，靠近界面處熔融的粒子先堆積形成的涂層，由于受到后續(xù)不斷的粒子的沖擊作用，使涂層呈現(xiàn)出內(nèi)致密、外疏松的特點。涂層顯微硬度曲線的變化特征恰恰反映了涂層的這一梯度變化特點。同時，作為打底層，較低的涂層硬度還會減少后續(xù)噴涂的工作層的內(nèi)應(yīng)力。
23表面粗糙度
一般采用中線值輪廓算術(shù)偏差Ra來評定表面粗糙度，如圖3(略)所示為鎳鋁涂層的表面粗糙度曲線，其表征參量Ra值為1311m。涂層具有一定的表面粗糙度有利于工作層在打底層表面牢固的附著形成機械嵌合，可以提高工作層和打底層之間的涂層內(nèi)聚結(jié)合強度。
24涂層組織分析
圖4(略)為鎳鋁高速電弧噴涂層的SEM照片，從照片中可以看出涂層為典型的多相交錯的層狀組織結(jié)構(gòu)，部分區(qū)域存在小于10m的球狀組織，是粒子碰撞時飛濺形成的。通過測試涂層的孔隙率為226%。圖5(略)為局部放大后的SEM照片，從照片中可以看出黑白兩相的交錯成分，對兩相進行能譜元素分析結(jié)果如圖6(略)和表1(略)所示。涂層中黑灰色相主要為氧化物，白色相主要為原合金絲材成分，涂層中氧化物含量較少。
3結(jié)論
綜上所述，高速電弧噴涂鎳鋁涂層具有40MPa以上的界面結(jié)合強度，涂層表面具有一定粗糙度，涂層顯微硬度、孔隙率和氧化物含量低，組織致密，主要由鎳鋁合金和鎳、鋁氧化物組成。高速電弧噴涂鎳鋁噴涂層是性能優(yōu)異的打底層。 |
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