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1、MaterialsEffectsofSprayingParametersontheMicrostructureandPropertiesofNov.200130ProtectionMicro-PlasmaSpayingNiCrBSiCoatingVol.34No.11喷涂工艺参数对NiCrBSi涂层显微组织和性能的影响西安交通大学机械工程学院(710049)孙 波 李长久 白勇峰[摘 要]采用微束等离子喷涂系统制备了NiCrBSi涂层。研究了电弧功率、喷涂距离和等离子气体流量对涂层显微组织和性能的影响。试验结果表明,NiCrBSi涂层的致密程度与显微硬度随电弧功率和气体流量的增加而增
2、加。当喷涂距离超过40mm时,喷涂距离对涂层显微硬度没有显著影响。采用微束等离子喷涂工艺制备的NiCrBSi涂层显微硬度可达HV0.2700。[关键词]微束等离子喷涂; 镍基自熔合金; 涂层[中图分类号]TG174.44[文献标识码]A[文章编号]1001-1560(2001)11-0030-021 前 言发散角小于10°,距喷嘴出口40mm处,沉积束斑直径可以控制在5mm以内。自从等离子电弧应用于热喷涂领域,等离子喷涂系统的功率已从最初的20kW级增加到80kW级,目前最高达200kW级,可以制备各种材料的涂层。在实际应用中,喷涂功率通常在40kW级左右,束流沉积直径在10～20m
3、m,可以满足大多数使用要求。但是在喷涂窄条状或小面积零件时,粉末的利用率较低;喷涂薄壁件时,高功率的等离子焰流还会导致基体过热,使零件发生变形。开发低功率的微束等离子喷涂系统为解决这些问题提供了有效的途径。图1 典型微束等离子束流与传统高功率等离子喷涂工艺相比,微束等离子喷涂具有图2为在氩气流量41L/min与喷涂距离40mm条件下,电流功耗低、射流为层流状态、焰流发散角小、工作噪音低等优点。采分别为40A和80A时制备的NiCrBSi涂层的显微组织。用低功率微束等离子喷涂工艺,可以制备多种金属和合金涂层,但是微束等离子喷涂主要工艺参数对涂层显微组织和性能的影响尚未见报道。为了阐明微
4、束等离子喷涂特性,采用微束等离子喷涂系统制备了镍基自熔合金涂层,系统地研究了电弧功率、气体流量和喷涂距离对涂层显微组织和性能的影响。2 试验方法和材料(a)40A(b)80A图2 电流对涂层显微组织的影响喷涂设备采用西安交通大学研制的微束等离子喷涂系统,可以看出,与80A下制备的涂层相比,当电流为40A时,气喷枪为MP201型。本系统采用Ar作为等离子气体及送粉气,工孔率较高,显然在沉积过程中,大部分粒子没有充分扁平化。随作电流为20～80A,工作电压约为35V。着电流的增加,电弧热输入增加,粒子的熔化状况得到改善,涂层试验采用成分为:Ni216.8Cr213.4Fe25.55Si2
5、1.45B的镍基自熔致密程度也随之增加。合金(Ni60),粉末粒度为38～45μm。图3是电弧电流对NiCrBSi涂层显微硬度的影响。显微硬度采用光学显微镜观察了涂层断面显微组织。用HV25型小随着电流的增加而增加。这主要是因为随着电弧功率的增加,粒负荷硬度计测试了涂层显微硬度,测试条件为200g加载20s,在涂层断面上随机测试10点取平均值作为硬度指标。依据ASTMC633279标准测试了涂层与基体结合强度。3 结果和讨论311 电流(功率)对涂层组织及显微硬度的影响图1为典型的微束等离子射流。测量表明:层流状态的射流[收稿日期]2001-07-02图3 电流对涂层显微硬度的影响©
6、1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.2001年11月材料保护喷涂工艺参数对NiCrBSi涂层显微组织和性能的影响31第34卷第11期子熔化效果改善,使涂层致密程度和粒子间结合强度得到了改距离的增加,粒子熔化状况得到改善,涂层致密程度增加。但是善(见图2)。当电流为80A时,涂层显微硬度为HV0.2780,与用喷涂距离过长将导致粒子温度和速度的降低,涂层致密程度及传统等离子喷涂工艺制备的涂层的显微硬度相当。粒子间结合性能下降。对本微束等离子喷涂系统(见图4b),喷涂距离为40mm时得到的涂层致密程度
7、最好。312 气体流量对涂层组织及显微硬度的影响喷涂距离对涂层显微硬度的影响见图7,喷涂距离为20～图4为在电流为60A,喷涂距离为40mm条件下,不同气体40mm时,涂层显微硬度随距离的增加有所降低,而当喷涂距离流量时制备的涂层的显微组织。超过40mm时,距离对显微硬度没有明显的影响。(a)33L·min-1-1(b)41L·min图4 气体流量对涂层显微组织的影响图7 喷涂距离对涂层显微硬度的影响由图可知,涂层致密程度随氩气流量的增加而改善。试验也发现
