原位反应等离子表面处理技术概论

1、原位反应等离子表面处理技术概论由于尊离子体是具有高能最密度的然源，可以对材料进行龙面处理，利用尊离子境涂御到的陶瓷涂层，耐磨耐蚀件强.H一与棊体时结令性良好，涂层致甯.但由于在喷漆过理中含有未熔戒半熔的粉末夹渣在济层中，恨大趣度上影响了涂恳的性能原位反应打传统的工产复件材料方iH相比.増退郴圧在贰林*LL旳核氏人的.人冇托能少*产枷纯和瞬吋區温的特点由】过秤不易受押制，与管离f衣血处用技术结畅li迺極,利川等离f高温GI发在肚体表血的脈位反应，生成H好的良和帼瓷涂11筲离了我面辿理技术零离予体崖气体电高成正负离子.Lh干正负离予舷F1相竽，所以是中性*等离了亚"丄耳；小.dim:沖y

2、讶：:时门umT儿7弋”门"门.甚至超昔連口妙II转移虹的喷嚇汕S可达2万摄氏度.转移犁等离了弧蛊度可达J丿j摄氏度，等离子体的焙值为H=U+PV（P为压力，U为系统内能，V为体积）。等离f弧的电HW越拓电弧效率越高.等离子弧是一种床缩型电弧.电弧比一般电呱较为稳定,不受外界坏境的I-扰。钦介金的等离子农而处埋上耍包括：等肉子喷涂、曾离子喷焊、筲离丁农而淬火、等离了熔罚等。悸离了喷涂是通过爪缩的电弧电圍氮气或毓匕H分之斤的乞倘混合气体成为筲离子体,把温度岛达一力五千幵尔文的等离子束从喷嘴里以趙岛速喰出,混仔唏涂材料的代体加入到等离子弧中.被迅速加热和加速.形成熔融或半熔融的杓子束状态

3、，撞击到舄体表面产牛.呼！性变形，/i：Tft表由I变形粘附，后来的埒做狀念的粒子束又在之前凝固的粒子上附着.形成致密的涂层.等离子喷涂原理示意如图1.2所示.等离1喷涂具冇温反臥珂喷涂村料范国广、i.fM、带电、星休材料范用广、展体熒热损伤小、涂足硕钛高的优点.但是山于等离了咬涂对于气体的纯度要求很岛，等离了喷涂役备投资大，成本也较局，其次是小孔径孔内农曲难以喷涂，这足因为喷枪尺寸和喷距的限制.第三是高速等肉r焰流产生的剧烈噪声、强尢辆射、冇占气休、全属蒸汽粉尘竽竽对人体仃吿，而采取阴护描施卩心刖。等肉了喷涂所川的粉末一股仃二类，一类是氧化钳、氧化鶴、轨化钱和氧化珞等金属轨化物：一类是碳化钙

4、类的族化物，一般在碳化钙中加入Co.或舍有Co作粘结剂的烧结WC粉末；-类足囲化铭、湖化钛类的側化物.国内外对于等离子喷涂也开展J大竜的研究匸件，Zhiji初等人利用等离子喷涂，制5rTAl3O3fnAljQj-Al的复合涂层,通过观察涂层显微形貌和断口的元素分布,以及显微硬发和滑动磨损等力学分析段得出，淤加铝任氣化铝中，右助J：减少啖涂中的池出，便涂戻更好地沉积金#体衣血。虽然铝元素的添加使绘合镀戻的砍度降低，们足A1均匀分和在陶瓷相周用，提高了涂层的韧性、强度和耐翻性闽.Xinhua等人在TC4（T1-6A1-4V）衣而通过笞离了喷涂8M.%YjOs-ZiOj/NiCiCoAlY分戻涂层，

5、微观分析衣明Zi-02/NiCrCoAlY涂唱从底部的金屈涂公到顶部向盘分层门好，涂层包含tZrO2相和过饱和的Ni基固涪体相,涂层与TC4基体由良好的结合性。除了机械结合以外，在一些位置的涂层9垦仆丼面，在喷涂过程屮产生NiTi2和TiAb相田、竽离子堆焊技术足以零离子弧为热源，便用自熔件合金粉末材料览充金属，辱离子弧堆焊技术比有熔復速度高、方便自动操作，稀用率低，焊层致幣I用休金屈为治金纟占介，焊瓜连续H钦帶的持点。竽离了堆焊II前广泛应用到机械、冶、电力、饮道等领城，在轴承、轴颈、阀门、挖期机和推土机等产业机械零部件的制造与修复场合，尤其适川干炸辰材料难以制成丝材但易于制成粉末的破质耐糖

6、介金。尊岛喷炸质蛀和匸艺稳定性好，合金粉末制备简单，也接雾化成球状粉耒即町。等离/堆焊有丝材（多用热丝和粉末两种应用方式,粉末等离子堆焊可采用转移弧和联合弧,一般多使用联合口】喷嘴的送粉系统多川氟气送粉，一般送粉口在喷嘴孔道底部（可为多个），一般妄注意喷嘴几道易吸附粉来，在设计喷嘴结构和送粉位置中，入射角都在45度以卜，氷用送粉装置冇雾化式、射吸式及刮板式=种（多为刮板式）.粉宋的粒度对于堆焊质奚影响也很大,粒度多为40U-120目：热丝等离子弧堆理的特点是,除了依靠等离颅加热熔化母材和埴允焊丝并形成熔池外.填充焊丝还通电流以便提高熔覆速腹和降低堆焊层的柿样率，在曲根填充焊丝中迪交流电,利用烬

7、丝伸出长度段的电阻热来增加焊雜的熔化速度期.Shmig尊人在Q235钢龙面.利用竽离（堆焊技术制造了倉有稀上元素的饮甚介金涂层，研究发现没冇添加柿上兀素的F314涂层土箜足含冇过艾品相的Cr7C3和为粗人的针状.而且含冇微小的裂纹缺陷，涂层的涂层脆性人，平均显微谀度为787HV.勺添加0.8wt%的稀上尤索到F314介金中，发现做观结构为连续的亚共晶结构和过共晶结构砸度冇朗显梯度分布，加庙达773HV.1腫性明眾降低。妍究表明这种明显的梯股结构和以卜两种因索仃关：1柝土元素的加入降低了Fc-C共熔点温度闵此基体元素熔化更迅速。2由丁塔离了弧的加热.不同的温度与欽定向贰固，因此梯度结构更客易形成

8、【"LBai人研究J等离丁堆焊的I艺对十铝介金衣而处理的影响研究人员通过同涉采集系统中熔滴的显微图像和电弧电信号来分析匸艺的影响，庚釵的烙福过裁模式包括球形传输模式、他巡回传输模式、喷雾传输模式和射滴过渡模式，得;I;等离子弧惜性气体焊接在铝合金焊接屮的最仕卅摻12参数.通过对比熔滴过狀，焊缝的外观和电子信号的稳疋竹冏等离子农面淬火足通过运用机械和电磁丿li缩的种方法产±岛能晟密度的等感子弧，在很短的时间内把金屈L件加热到相变温度,奥氏体化然后急速冷却使L件组织细化，提高材料衣层的殛度和耐磨性仍保持口好的塑性和韧性絢。等离Iftl淬火可以处理彳A名般处理方法不劝处理的【：件

9、，如怖轮的槽底、螺处的螺纹、塞粉机闪眾，发动机伽套内壁和机床的导仇黑等髙了表面淬火时,由丁扔描速度较快,导致工件加热和冷却速度的加快，热影响区小，热受形受小,K等离子束加热在毎气保护中进行,无氧化现孝，操作简单口碘化1：2"1调参数多.能得到不同的硬度和硕化层深度，对环境没有污染，Pan等人使用系统定流动和较低Ik力的无转後层流等离子休，对铸铁进行衣面淬火处理，基休被处理多次或单次.宰休的硬度只有300H铸扶农面只进行一条加路冷加热淬火的试样的显微锁度平均込到900HV,而试样进行多条加匸路怡同时进行的试样硕度只有700HV,山于受到了邻近加匸的热影响.实验表明,良好的加热控制层流筲

10、离了体，可以把它作为铸铁农而处理的一种方法閑Yaiia利用微弧筲离子弧机昭通过"纠chi方法在6奄米帀的ASSAB760钢上进行笞离了衣面淬火，得到垠仕的匸艺参数得到眾厅的淬谀层刃到的四个最优参数越电弧电流为35A,电弧打描速哎为5mm/s,等离V气体流h；为lL/inin,弧隙为23inn得到垠大的淬fif层深度为0.36mm,最大纓度为753HV沏。等肉f熔復技术利用等离子束的岛渦作用.使潦加粉末与丿丄体衣mi同时熔化，种:乩体散热冷却，得到与雀体早冶金结合的禹合金或金属陶瓷M涂杲冈°Junbo使用TiFcC混介粉木，利用等肉J'熔環技术制待JTVFc会屈闵瓷涂

11、从.该涂H含有两个分层.-层是幔好的恻形TiC颗粉（500inn）分布在Fe皋中.-层是TiC和Ti2O3,k涂层展现好灼硬度和建好的耐糜性能创“刘胜林等人在不锈钢菇材1：.利用等离子熔覆艺制条了淀厚度的镰菇复介涂层.涂层中能帙有大届与咸体冶金结介復好的WC颗粒，冇较高的硕度和耐廳性冈.13.2原位反应合成技术传统复合村料制5方法有粉末冶金法、喷钳成世法和备种铸造技术即模压铸造、流变铸造和混砂铸造等，通过添加増强材料复合而成，这种复合不是两种材料简单的组合，而是两种材料发生相互的物理、化学、力学等作用的复杂俎成过程巩在传统的制备方法中，増强相都是被巧加入进夫的，这种额外的加入物麹粉俄较为相大.

12、口与乩体结合力小強.热力学不稳定。而原侍合成技术城强体是存直体中形核氏大的，冃热力学体系椅定，雀体和增强相的比例可以任大范围内调整，且增强柿-般昱球状，尺寸细小.原位合成制备工艺简单、成木较低,右去单独制备増强体的程序°可现在在国内外研宾主耍的原位介成方法冇放热弥故法(XD)泯口蔓延力法(SHS)、反应喷射沉积法(RSD)、反应热压法(RHP)等，F面介绍儿种卞要的原位反应合成制珞技术。in'jJii；fl曼址合成法(Self-popagatingHigh-teiiyeratiiieSynthesis)址J*、苏联Meizlianov等人发明，并制备rtn挤金屈间化合物、確化

13、物、氮化物、硝化物等500多种復AM料，受到苏联对该技术的保密长达20名年。更甜自夢延技术是利用反应物之间化学反应产主大駅反应热的fl加热，反应热促便反应以燃烧波的形式迅速扩散，反应住数秒内或数分钟中内完成.铝热反应兄圮典型的高温自蔓延反应：Fe2O3+2Al二Al2O3+2FC-836Kj,在加部点燃以麻.徐放岀的高温诱发邻近区域的铝热反应，最终反应-成，简温口蔓延反应町以制备氧化物、金属间化介物、金属陶瓷父介材料，根九点燃方式不冋,SHS法分为自蔓延高温合成和热爆合成两种方式。H蔓延是将混合物的段引燃，傑口蔓延作用达到另一端，而热爆技术则是把混合物樂休加热，便反应同时进彳j现在高温口蔓延反

14、应在各领域得到了应用，考虑到SHS技术的低能耗、河染小、易十生产和刊以产住独特性能材料的特点，通过SHS技术先产局沽性催化剂控制尾气H放，应用亍艸烷的转化和并种匸业废物的|叫收中，冃从SHS可以化普通空温下反应完成.它可以被使用处理冇寄或放射性材斜.在人区域的业污染区原位生成防腐涂层来対装危险污染物旳Vakiy利用高温门殛延反应牛成氮化出和氮化钛粉木，通过添加少量的氯化彼,即使在一个压力相芳低的氯气中,也可获得良好的产猷冈。高温白蔓延产生的材料貝存大址的孔洞,且合成材料不致密,需要外加压力,在工业上受到了很人限制.反屁喷射沉积(reactionspiaydepositionfoniiingpr

15、ocess)技术杲利JI.：快速凝I川丿:亢接制备金属材料坯料或半成品的一种先进的成行技术，主烫山熔融金属的气体劣化、雾化熔演的沉积等连纹过桎组成阿该技术绘由英国的Singer教授发现.并|tlOsprey介詞投入生产并制造了多种成套设备.获得了传统艺诱以得到的屈介金型材.反应原理仙图1.3所示该技术原歼是熔融金屈在玳圳内经将应线圈加块兼得然后熔融尿被雾化成很小液洒依养怖性气体被岛速气流加I速.同时液滿和雾化气体发牛反应.或咅在丛底y外加材料发牛反应得到块状敘密的佥屈实体沉积杯.雾化液滴的过用部分液滴已经散热凉同，最终达到堆底需破丹晶休形核长人形成快速談固，这样一层發盖一层得到最终产物。喷射沉

16、积技术可制备禹致密件能的半成品，弥补了铸造技术的一些不足，止逐渐被*冈科研机构所重视。Wang等人利用味射沉枳技术伙得了介仑通过观察GpIX和时效硕化加I过程.得出结卑介时效温度达120小时,达到的顶峰吋效时同为16小时冈Li等人利用旋转喷雾器制造大空坯材.这种喷雾器通过偏心摆动券化过程通过交流电发动机在7。范国内变化找动.通过研定喷零器巾度范鬧和唏淋爪力竽参数得刊结果：相同表而质卅的人邛坯材可以通过调节摆动频率、喷雾角度、偏心趴离利堆底倾斜角度來获得，在确定的喷雾更离后,若爪力小P0.4XIPa时，仃效喷雾而枳材降低.衣而沉枳而枳也同样降低.运动时间和凝同时间都延K的液滴将导致筑松的结构和较

17、苗的级*性°'SI、力、摆功角度、偏心距离用1.3RSD技术原理鬧Fig.1.3RSDtechnologyprincipledlaamXD(exotiicni)icdispersion)技术上illBnipbncher等人发明的E利技术.其氐理址席増!Wfl成分材料与金属总材料按定比例混介.并冷压或热压成3L把赅体加热到髙于金屈乩体熔化的温度.使地强郴份而媒发生放热反应生成所石的陶瓷相或金屈间化介物或砧须的原位丈介技术呦京TiB作为熠强相的反应來说：xTi+yAl-zB»(x-y-2b-z/2)Ti-+-bTijAl+(y-b)TiAl+(z/2)TiB2+热漑是利

18、川了牛.成的TB陶瓷相竹为增加这三种乩体材料的增强相，这就是简单的XD技术.来作为堆强相的种类很多，像卅化物、磁化物、碳化物等，也可以利用反应温度控制匕成枷的颗粒大小，通过添加不同fid比的城强物來拎制反应后得到的陶瓷产物的比例。II前该技术应用范围广，Clien等人利用反应烧幻i碳化硅技术生成复朵和奇粘度尺寸的陶瓷材料,把它用来制造碳化砒材质复杂形状的宇宙飞船燃烧轧他们利用模爪方法将Si和碳粉木庄制成电，在氮气保护的石墨电炉中烧结。结果表明E船燃烧空的庶化佛部件的强度根据Si的含讪耐变化.得出通过反应绘结制造的匕船燃绘电适合1500度的I作环境血LMostafa等人利川数学模巾来描述反应烧结氮化铁.利用等温物理嘅念，通过对比模型的预测和存不同实验条件下的实验散据，可以更好的理解氮化吋产十过程中结构的改变，包括孔隙率和几禅大小血133等