等离子设备的组成及工艺参数

等离子设备的组成及工艺参数本卖验便用的实显设备为山东科技大学研发的DGR-5型常压等高子处理设备，如图＜2.1T2.2).该设备主要由1供气系统.2自动控制系统，3冷却循环系统，4机械运动机构组成。I图3.1等离*段缶结构图h'ig.^.lIhQstrrtur#ofplasms@quipnt#nt1^2.2等一于—国Flj：>2.2Tilt?equipn«ntfurptasiiiaLrcatuieut其参数如表2.1所示:i<2.1DGR-5等肉F设备参数和性能指标Table2.1ParameterandPerformanceIndexofDGR-5设备的参数指标电源电压额定容量工作行程内孔直径匚作电流匚作气体气体流量使用温度交流330V/34Kw60Omni>40mm30〜100A99.99%的值气0.1〜1.0m3/h15・45C设备的性能指标初始行和调节范国1：作速度调节范围网纹头数供气方式自础前供气时间自动滞后断气时间电源过■保护指示缺水指示D-dOOmcn3.5〜$1-99「动/自动1秒1秒100A有该等离子设备采用了集成整体电源，属于IGBT功率模式的逆变电源，最大输出电流达到100A,效率达90%,比一般的电源输出稳定性好，目.内部含有高频的引孤配置,适合提高能量，连续集中的等离子弧进行加」“为辿变电源配置了数显电流表，能更有效的控制电流的调节。控制编程部分包括「•控机、显示器和很多控制按钮，完成机械运动机构的运动编程，对加I•过程电源的输出和加1.控制和协调。机械运动部分由机械外壳、等离子发生器、I：作台、宜线导轨和步进电机组成，完成编制的程序的加1：过程，对匚件表面进行硬化加工.气体输送部分为等离了•发生器提供产生离r•源的氧气，包括筑气瓶、电磁阀和流量计，送气控制配有机控和手控两种方式；冷却部分负责等离子发生*的冷却任务，有冷却水泵、水泵继电器和水箱。2.2实验材料及实验方法22.1基体材料本实湍选用基体材料选用AZ91D型号的镁合金，其成分组成和力学性能分别如表2.1、2.2所示。将AZ91D型号镁合金利用电火花线切割机切成150mm、70mmxl0mm的氏方形块状镁合金，由于镁合金表面易氧化、阳者污染物和切线割后导致的切割痕迹，用打磨机打磨表而，除去氧化物,然后利用0・6号金相砂纸依次打磨,达到平整光滑的镁合金后，使用纯度校高的乙醇清洗晾干即可，表2.2AZ91D合金的化学成分(wt.%)Table2.2ChemicalcompositionofAZ91Dmagnesiumalloy(wt.%)AlZnMilSiFeCuNiMg8.840.820.12<0.02<0.004<0.002<0.006Bal.占2.3AZ91D镁合金的力学性能Table23MechanicalpropertiesofAZ91Dmagnesiumalloy材料名密度(g/cm3)熔点(C)导热系数(W/MkJ抗拉强度(MPa)屈服点(MPa)延伸率(％)杨氏模量(GPa)AZ91D1.8259672280160845222焰覆材料本交采用三种粉末休系作为熔被材札如表2.3所示,其中体系所用涉及的Ti+B4C粉末和是按以卜反应式进行配比的，反应式为：3TUB4C->TiC+2TiB?利用SHS高温自蔓延技术.获得TiC/TiB.金属陶盥粉末.该实验涉及到的培密材料TiC/TiB2粉末，都是通过H芟延获得的，摩尔比为l：2^i和A1粉末以摩尔比为1:1混合。表2.4焰覆材料成分配比衣fable2.4Theconipositionratioofcladdingmaterial试样1试样2试样3体系1TiC/TiB.TiC/TiB2：Al=2:l(wt%)TiC/TiB]:Al=l:2(wt%)体系2Ti/B4C:A1=2:1(wt%)Ti/B4C:A1=1:2(wt%)体系3Ti/B4C:Ni/Al=2:l(外加20%Alwt%)Ti；B4C:Ni/Al=l:l(外加20%Alwt%)Ti/B4C:Ni/Al=L:2(外加20%Alwt%)Ti粉<I500X)Ni粉(1S00X)Al粉(200X)

B4C颗粒(1500XTi粉<I500X)Ni粉(1S00X)Al粉(200X)图23烙覆材料的粉末形貌Flg.23SEMmicrographsofcladdingpowers熔覆材料中TiC/TiB2陶瓷粉末是在M蔓延反应后粉碎研磨，筛分200目获得，最大颗粒为1(him左右，Ti、Ni、Al、B4C显微形貌如图2.3所示，Ti粉小颗粒附着住大颗粒上，大颗粒较为粗大，最大直笛达30mii.Ni粉团聚在一起，成穗状形态，A1粉则为直径较大的圆形球状，B4C粉末为棱角分明的块状颗粒。TiC作为熔覆材料的增强相，它是所有碳化物中性能最好的种，它的粉点达到3707C,有着高的抗氧化性，密度小硬度高，良好的导电和导热性，碳化钛的结构属于一种碳和钛的非定比化合物，可以使工件使用性能大大提高伊七它可作为火箭头部保护涂层、燃气轮机的叶片，作为涂层，它•有极低的摩擦系数和抵抗浓酸的能力，且它不受L什形状限制，均可获得较好的涂层。TIB?晶体结构为六方晶格，具有高的婚点、高硬度，价键结合力强，良好的热稳定性，由JTiB2表面有•种艮好的复合氧化物，所以在高温下有君不错的抗氧化性彻，TiB2与铝液有着B好的浸润性.它可以作为电解铝的阴极材料，是•种新实陶瓷材料。NiAl金属间化合物比Ni基高温合金轻，且高焰疽、高热导率和优良的抗氧化性，高热导率很多程度降低了温度差引起的热应力，但在高温下强度差，低温下断裂韧性差伍叽A1兀素的添加目的是提高与镁合金的结合性，Mg、Al元素之间发生了明显扩散现象，A1町与镁牛成金属间化合物，在镁中牛成a-Mg相和。相Mgi7Ali2作为增强相，从图2.4的Mg-Al二元相图可以看出.在200°C到462°C之间的温度范围内,都可以存在p相Mgi7Al]2,相关研究证实p相Mgi7Al]2可以有效阻碍腐蚀的进行网。Al元素的添加可以在界面形成富铝区域，大大降低了腐蚀速度㈣。

图2.4Mg-AlS图2.4Mg-AlS元合金相阱⑶Fig.2.4BinaryAlloyPhaseDiagramsofMg-Al焰覆材件预置到镁合金表面，您用等离了粉覆技术在镁合金表面制备不同的涂层，然后进行微观形貌分析和性能检测，L•艺路线如图2.5所示。打磨涂覆洛加勤结剂压实等离子嫁数金相观琴SEM能谱分初・—腐蚀—［抛光1磨平XRD磨平腐蚀蒸貌现菸、_fI极和♦,墙封磨平图25I.之路线Fig.2.5Processroute223.1试样的制备等离了焰覆工艺试验中，其中最为关键的步骤是压实和等离了熔覆匚艺参数的选择（1.艺参数如表2.5所示），这两个步骤关系熔敷层能否与基体发生股好的冶金结合.在熔覆材料中添加的粘结剂为5%浓度的水玻璃,然后利用SB.30手动液压式压片机进行压实，压力为10个大气K胳覆过程中，当电流过大时,会出现试样热量过大,散热不足导致大量的气孔产生状至镁合金燃烧发生、与气流过大时，预置的熔覆材料会被吹跑，气流过小时诫会保护气体不足导致的氧化产生，所以适W的L：之参数的选择有利于在镁合金表面形成致密性能戊好的涂层。表2.5等离子扫描I：艺参数Table2.5Plasmasprayingprocessparameters1:艺参数电弧电压（V）50〜70电孤电流（A）50-70扫描功率（kw）12-15喷嘴距离（mm）2-3发生器移动速度4~(5离子气流SAr（i『/h）0.1〜0.2223.2样品观察用X射线衍射分析仪（D/Max2500PCRigakii,Japan）可以对材料进行物相分析.物相分析包括定性的物相分析和定最的物相分析，定性分析可以通过探测衍射线条的品伽间距、衍射线相对强度进行准确确定，定缺分析则是通过比较同一特定衍射线的相对强度。通过XRD分析得到镁合金涂层的物相组成，该实验的扫描速度为8dcg/nmi,射线管的电压为30kv»将制好的涂层试样放到KYKY-2800B型扫描电子显微镜卜观察、按照基体一过渡层一涂层的次序依次拍照，观察各部分的组织的微观变化，颗粒度的大小，界面的结合性。也同时观察磨损和腐蚀后的试样形貌，结合电化学数据，分析磨损和腐蚀机理。通过电子探针（EPMA）对熔覆层的横截面进行元素分析，在点、线、面能谱扫描下，观察Ti、B、C、Mg、Al元素的分布，确定各部分物相组成，对特别I乂域进行波谱定量分析，结合微观形貌，讨论焰覆过程中的各元素之间的扩散和形核K大过程。223.3性能测试利用FM-700显微硬度仪，打压删出试样涂层至基体的同一直线的十个点的显微硬度，观察显微硬度值的变化曲线，对比涂层硬度与基体硬度。通过打爪微观组织清晰的物相的显微硬度，多次测量后取其平均值，得出备相对于涂居的帮强作用，该实验载荷为50g,保Jk时间为10so制备大小为lOinnixlOimn表面平整的试样，试样遍过锡焊连接导线，然后经石蜡密封露出预测的I..作面.利用LK2005电化学【.•作站，采用=电极系统：参匕电极、钮电极和工作电极及盐桥组成。本实验米用控制电势法测量极化曲线，控制电极电势以较慢的速度连续改变，并测景对应该电势下的瞬时电流值，以瞬时电流对电极电势作图得极化曲线。制备30inmx<5.Smmx5mm的R条状试样.在M-200型磨损试验机上进行磨损测试,载荷为100N,转速达200转血血】。反复进行五次实验，每次实验时间为5分钟，磨损后用超声波清洗，然后烘干称重，比较不同成分涂层