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“金屬布”涂層成型技術(shù)

2018-08-02 12:11:23 作者：四葉草來源：每天學(xué)點熱處理分享至：

柔性“金屬布”涂層技術(shù)是二十世紀(jì)八十年代國外發(fā)展起來的新型表面涂層技術(shù)。它由粉末冶金制粉、增塑劑和粘結(jié)劑粉末增塑軋制或刮板形成、粉末冶金燒結(jié)、異質(zhì)材料連接等多種技術(shù)綜合而成。主要工藝為：先將所需成型的粉末（包括金屬陶瓷：WC、TiC、TiC、TiCN等硬質(zhì)相；粘結(jié)金屬粉末：Fe、Cu、Co、Ni、Ti等）與有機(jī)和無機(jī)成型劑、粘結(jié)劑、增塑劑混合后根據(jù)需要制成具有一定厚度和良好柔韌性的“金屬布”，然后將“金屬布”剪切成所需形狀并粘貼到金屬工件表面，采用適當(dāng)?shù)募訜崽幚恚诮饘俟ぜ砻娅@得具有耐磨、耐蝕、耐熱或具有其它特殊性能的燒結(jié)涂層。

目前，國內(nèi)“金屬布”涂層相關(guān)研究中應(yīng)用的主要加熱方式有：激光熔覆、真空熔燒、感應(yīng)熔覆、釬焊和熱壓燒結(jié)等。

1、激光熔覆

激光熔覆是一種重要的材料表面改性技術(shù)，它是指在基體表面以不同的添料方式放置被選擇的涂覆材料，并利用高能量密度激光束使涂覆層與基材表面一起快速熔化的方法，而后快速凝固從而形成稀釋度極低并且與基體形成良好冶金結(jié)合的表面涂層。按添料方式不同可分為預(yù)置式激光熔覆（如圖1所示）和同步式激光熔覆（如圖2所示）。激光熔覆既滿足了材料表面對特定性能的需要，又節(jié)約了大量貴重金屬。它具有稀釋度小、精確度高、熔覆層與基體結(jié)合好、組織致密孔洞少、適合熔覆材料多樣、粒度與含量變化大等優(yōu)點。激光熔覆技術(shù)也十幾年的發(fā)展已經(jīng)顯示出了良好的應(yīng)用前景，但是在工業(yè)生產(chǎn)推廣中也存在著設(shè)備一次性投資高、運(yùn)行成本高、厚度較大涂覆層制備較難的制約因素。另外，由于激光熔覆溫度過高，能夠使增強(qiáng)顆粒發(fā)生分解，從而降低材料的耐磨性。

圖1 預(yù)置式激光熔覆法的原理圖

圖2 同步式激光熔覆法的原理圖

2、真空熔燒

真空熔燒涂層技術(shù)是一種現(xiàn)代化表面冶金新技術(shù)，它是在一定真空條件下，將一定的熱能作用于基體金屬的涂覆層表面上，使涂覆層材料粉末熔融，并浸潤基體表面，開始涂層與基體能夠產(chǎn)生擴(kuò)散互熔或者界面反應(yīng)，于涂層與基體之間的界面形成互溶區(qū)，近而使熔覆層與基體能牢固地結(jié)合，并與基體形成牢固冶金結(jié)合層，從而形成耐磨損、耐腐蝕或者耐高溫的燒結(jié)涂層技術(shù)。

我國的真空熔燒技術(shù)的研究起源于上世紀(jì)50年代鋼鐵研究總院，其曾在穿管機(jī)機(jī)頭和柴油機(jī)排氣閥等零件上采用此技術(shù)，獲得很好的效果。真空熔燒技術(shù)具有成本低、操作方便、工藝性能好等特點，目前我國對于真空熔燒技術(shù)的研究大多幾種在制備例如內(nèi)燃機(jī)排氣閥、汽輪發(fā)動機(jī)葉片、線材軋輥、軋輥機(jī)導(dǎo)位板等耐磨、耐腐蝕、耐高溫零件上，而且均取得了很好的效果。真空熔燒涂層具有以下優(yōu)點：沒有微裂紋和微氣孔，是一種連續(xù)密閉的涂層，其防銹耐蝕性優(yōu)于電鍍層和熱噴涂層，涂層的厚度范圍很寬，真空熔燒涂層成分可調(diào)，涂層硬度可在一定范圍內(nèi)變化，且硬度分布均勻。但其也存在其自身無法客服的缺點。真空熔燒需要在較高的溫度下及一定的時間內(nèi)進(jìn)行，能耗較大，抗塵埃顆粒粘附性較差。

3、感應(yīng)熔覆

感應(yīng)熔覆技術(shù)是通過感應(yīng)線圈用電產(chǎn)生的渦流效應(yīng)來加熱基體及涂覆層，使得涂層熔化與基體粘連，達(dá)到是金屬表面與涂層結(jié)合的一種熔覆技術(shù)，主要是利用高頻感應(yīng)加熱設(shè)備進(jìn)行感應(yīng)熔覆處理。感應(yīng)熔覆具有結(jié)合力高、周期短、成本低、操作方便等特點。

感應(yīng)加熱技術(shù)的工作原理是將工件置于感應(yīng)圈產(chǎn)生的交感磁場中，利用電磁感應(yīng)原理，使其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，依靠這些渦流的能量達(dá)到加熱目的。與傳統(tǒng)的加熱方式相比，感應(yīng)熔覆工藝具有加熱溫度高、效率高、加熱速度快、能耗小及涂層與基體的結(jié)合力強(qiáng)的優(yōu)點。圖3是感應(yīng)加熱原理及效果圖。

感應(yīng)熔覆技術(shù)中涂層預(yù)制備主要有兩種方法：預(yù)制粉末法和預(yù)制粉末塊法。預(yù)置粉末法又分為熱涂法和冷涂法，即分別通過熱噴涂和在粉末中添加粘結(jié)劑將粉末涂覆在試樣表面，然后進(jìn)行感應(yīng)熔覆。預(yù)置粉塊法是先利用液壓裝置將配置好的合金粉末壓制成密實的粉塊，置于預(yù)先處理好的基體材料表面上，利用高頻感應(yīng)熱源，在短時間內(nèi)將該粉塊加熱熔覆在基體上，其原理圖如圖4所示。

圖3 感應(yīng)加熱原理及效果圖

圖4 高頻感應(yīng)熔覆粉末塊示意圖

4、釬焊

所謂釬焊耐磨涂層是利用釬料和一定粒度的硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)相借助釬焊方法在零部件表面制備出具有高耐磨性的涂層，其具有如下特點：釬焊加熱溫度低，對耐磨硬質(zhì)相幾乎不燒損；釬焊對被強(qiáng)化基體性能影響小，涂層變形小；表面成形較好，不易裂，機(jī)械加工量小，生產(chǎn)周期短，工藝成本低；釬焊層形狀和厚度易于控制；釬焊涂層中耐磨硬質(zhì)相呈相對均勻的細(xì)小顆粒分布，且顆粒間充滿較高強(qiáng)度和韌性的釬料，使燒結(jié)涂層具有良好的力學(xué)性能和耐磨性能。因此利用釬焊涂層技術(shù)容易實現(xiàn)在各種金屬基體表面制備復(fù)合耐磨涂層，不必預(yù)先制備復(fù)合材料，效率高、對熱源要求較低、工藝過程較簡單。釬焊涂層具有上述優(yōu)點，近幾年得到了廣泛關(guān)注，但主要針對鎳基釬料（或合金）釬焊涂層。

5、熱壓燒結(jié)

熱壓燒結(jié)因為加熱加壓同時進(jìn)行，材料處于熱塑性狀態(tài)，有利于物質(zhì)顆粒的接觸擴(kuò)散以及流動傳質(zhì)過程的進(jìn)行，因而成型壓力僅為冷壓成型的1/10，同時還能使燒結(jié)溫度降低，燒結(jié)時間縮短，從而抑制晶粒的長大，得到晶粒更為細(xì)小、致密度更加高和機(jī)械、電學(xué)性能更加優(yōu)良的產(chǎn)品。熱壓燒結(jié)過程中無需添加燒結(jié)助劑或成型助劑，即可生產(chǎn)得到超高純度的產(chǎn)品。熱壓燒結(jié)也有缺點，主要是燒結(jié)過程及設(shè)備復(fù)雜，生產(chǎn)控制的各項指標(biāo)要求嚴(yán)格，對模具材料的要求也高，同時消耗能源多，且生產(chǎn)效率較低，造成很高的生產(chǎn)成本。

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責(zé)任編輯：韓鑫

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