粉煤灰活性氬弧熔覆Ni基氧化鋁-二硼化鈦復(fù)合涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鶴極氣弧焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種粉煤灰活性氣弧烙覆Ni基 Al2〇3-TiB2復(fù)合涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 活性鶴極氣弧焊（簡(jiǎn)稱A-TIG焊）技術(shù)是目前國內(nèi)外焊接行業(yè)中發(fā)展迅速、應(yīng)用 廣泛的焊接技術(shù)，該技術(shù)幾乎可W用于所有金屬材料的焊接，并可獲得高質(zhì)量的焊接接頭， 焊縫烙深可達(dá)到傳統(tǒng)鶴極氣弧焊的2~3倍。目前，A-TIG焊己經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天、石油 化工、機(jī)械船舶和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域?；钚詣┡浞胶秃附庸に囇芯渴茿-TIG焊的核屯、，但國內(nèi) 外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)大都對(duì)活性劑的成分和配方進(jìn)行專利保護(hù)，公開刊物很少報(bào)道，該直接導(dǎo) 致了 A-TIG焊活性劑價(jià)格高昂，從一定程度上限制了其在航空航天、軍事和機(jī)械重工等領(lǐng) 域的應(yīng)用。目前，國內(nèi)外常用的活性劑材料主要有Si化、B203、Ti化、&2〇3、化C1、NaF和CaFs 等物質(zhì)。而活性劑原料均采用分析純級(jí)別的市售化學(xué)試劑，該在一定程度上提高了 A-TIG 焊的成本。
[0003] 活性氣弧烙覆是指將活性劑W某種添加方式與烙覆材料共同在氣弧焊熱源作用 下烙化，在焊件表面獲得具有某種特殊性能烙覆層的涂層制備方法。優(yōu)良的烙覆手段期望 獲得烙深淺、金屬稀釋率小的烙覆層，該樣既可W保證烙覆層具有良好的結(jié)合能力，又能利 用較少的焊材獲得所需要的烙覆層。因此，傳統(tǒng)氣弧烙覆技術(shù)一般采用"小電流，低電壓，薄 層多次"的烙覆方法制備烙覆層，但是該方法會(huì)導(dǎo)致烙覆層反復(fù)受熱，過熱傾向增加，同時(shí) 烙覆層內(nèi)部產(chǎn)生嚴(yán)重的裂紋或剝離現(xiàn)象。因此，在保證一定的稀釋率條件下減小過熱傾向 是解決該問題的關(guān)鍵。
[0004] 活性焊接技術(shù)由于活性劑的引入可W在等熱量輸入條件下實(shí)現(xiàn)焊縫烙深大幅增 加，烙寬稍有收縮。換言之，在等稀釋率條件下活性氣弧烙覆可W減少熱輸入，即降低了烙 覆層的過熱傾向。同時(shí)，活性劑組分設(shè)計(jì)方案自由，也可W利用活性劑與烙覆材料發(fā)生反 應(yīng)，形成新相，也會(huì)對(duì)烙覆層的組織和性能產(chǎn)生影響。活性氣弧烙覆技術(shù)實(shí)質(zhì)上也是A-TIG 技術(shù)的進(jìn)一步拓展?；钚詺饣±痈布夹g(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單、機(jī)械化和自動(dòng)化程度高、焊接成本低廉、 易于技術(shù)普及，適用于多種材質(zhì)和形狀復(fù)雜的礦山機(jī)械設(shè)備的表面防護(hù)和后續(xù)修復(fù)，可W 實(shí)現(xiàn)良好的單面焊雙面成形功能，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
[0005] 氣弧烙覆技術(shù)也是表面烙覆技術(shù)的一種，即將合金粉末W某種方式涂覆于工件表 面，在氣弧焊熱源作用下，電弧電離加熱來烙化涂層材料，進(jìn)而在焊件表面獲得具有某種特 殊性能烙覆層的材料表面改性手段。氣弧烙覆所需要的能量來自于氣體介質(zhì)在放電過程中 所產(chǎn)生的電弧熱，其本質(zhì)是氣體介質(zhì)的電離。氣弧烙覆的熱量集中，能量密度介于自由電弧 和壓縮電弧之間，快速加熱使局部融化后又W-定的冷卻速度冷至常溫。在A-TIG焊過程 中，氣氣完全覆蓋電弧和合金粉末，使電弧不受周圍空氣的影響，并避免了烙覆材料與周圍 的氮、氧等發(fā)生反應(yīng)，減少了烙池中合金元素的燒損和氧化，從而起到保護(hù)作用。
[0006] 目前，國外關(guān)于鐵合金和不誘鋼等材料氣弧烙覆陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基烙覆層 的相關(guān)研究較多。S. Mridha 等[S Mridha, H S Ong, L S 化h, et al. Intermetal lie coatings produced by TIG surface melting[J]. Jounal of Materials Processing Technology, 2001，113(1) :516-520]采用氣弧烙覆技術(shù)在鐵合金表面制備了 Ti-Al金屬 間化合物烙覆層，烙覆層內(nèi)部有TisAl和TiAl增強(qiáng)相顆粒生成，沒有明顯的氣孔和夾雜 等缺陷，其顯微硬度可超過 500HV。Soner Bu}ftoz 等[Soner Buytoz,Mustafa 叫utan, M. Mustafa Yildirim. Dry sliding wear behavior of TIG welding clad WC composite coatings[J]. Applied Surface Science, 2005, 252 巧）：1313-1323]在 AISI4340 不誘鋼表 面制備了氣弧烙覆WC涂層，其顯微硬度值為950~1200HV，當(dāng)生產(chǎn)率為1. 209mm/s、送粉速 率為0. 5g/s、熱輸入為13. 9kJ/cm時(shí)烙覆層的質(zhì)量損失最小。而國內(nèi)關(guān)于氣弧烙覆技術(shù)的 研究主要集中在鑄鐵表面氣弧重烙強(qiáng)化和低碳鋼表面制備自烙性合金粉末烙覆層。烙覆材 料（填充材料）的選取及其與焊接母材的匹配性是氣弧烙覆技術(shù)的研究核屯、。而國內(nèi)研究 的烙覆基體材料主要為鐵基、鉆基和鑲基自烙性合金粉末，增強(qiáng)材料有碳化物、棚化物、娃 化物、氮化物等。增強(qiáng)材料W硬質(zhì)顆粒形式彌散分布在烙覆基體材料內(nèi)部，使其具有良好的 耐磨性、耐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性。因此，控制增強(qiáng)顆粒的形成是提高氣弧烙覆層性能的關(guān)鍵因 素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供了一種粉煤灰活性氣弧烙覆Ni基Al2〇3-TiB2復(fù)合涂層及其制備方法， 高侶粉煤灰為主要原料制備A-TIG焊復(fù)合活性劑，同時(shí)，將復(fù)合活性劑應(yīng)用于氣弧烙覆工 藝，在Q235鋼基體表面制備了活性氣弧烙覆Ni基Al2〇3-TiB2涂層，實(shí)現(xiàn)等量熱輸入條件下 增大焊縫烙深，并且改善材料表面硬度、耐磨和耐蝕性，提高機(jī)械零部件的使用壽命。
[000引本發(fā)明中采用的復(fù)合活性劑W高侶粉煤灰為主要原料，W Si化、B2化、Ti和La2化為 輔助活性劑成分，復(fù)合活性劑配方：
[0009] 在60%高侶粉煤灰+15.76%51〇2+8.88%82〇3+15.36%11的基礎(chǔ)上，額外添加質(zhì) 量百分含量為5% La2〇3,烙深和烙寬分別為5. 89mm和7. 85mm，深寬比為0. 7503。
[0010] 本發(fā)明制備氣弧烙覆Ni基Al2〇3-TiB2復(fù)合涂層的烙覆原料選取為：
[0011] 在60% Ni60A+16% AI2O3+24% (Al+Ti〇2%〇3)的基礎(chǔ)上，再添加質(zhì)量百分含量為 5%崎84〇7 ? 10&0,制備了活性氣弧烙覆層。其與基體之間呈冶金結(jié)合，界面無裂紋、氣孔 和夾雜等缺陷。制備得到的活性氣弧烙覆層內(nèi)的硬質(zhì)相W Al2〇3、TiB2和化2B為主，活性烙 覆層內(nèi)經(jīng)原位反應(yīng)還生成了 Si化、NisSi和Fei.yALSi相。<