D0I:10.13374/i.issnl00113.2007.05.011 第29卷第5期 北京科技大学学报 Vol.29 No.5 2007年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing My2007 等离子熔覆铁基涂层组织结构及热影响区特点 张丽民)孙冬柏) 李惠琪)刘邦武) 1)北京科技大学腐蚀与防护中心，北京1000832)山东科技大学材料科学与工程学院，青岛266510 摘要采用等离子束作为热源，在16M钢上熔覆一层铁基合金涂层·分析了涂层的组织结构：并通过对等离子熔覆热循 环的特点和治金过程的探讨，着重对钢基体的热影响区进行了测试分析：将热影响区划分为过热区、完全相变区和不完全相 变区·过热区显微组织粗大，有魏氏体产生，硬度下降：完全相变区晶粒细化，硬度较高：不完全相变区组织只有部分发生转 变，晶粒大小不均匀·过热区魏氏体组织的产生，使热影响区有脆化的倾向 关键词16Mn钢：等离子熔覆：涂层：热影响区；组织结构 分类号TG135 目前，激光熔覆技术是国内外研究的热点，而对 织性能：由于等离子束温度非常高，基体的表层因受 等离子熔覆技术，国内外的研究报道尚不多见】. 热的影响而发生金相组织和力学性能的变化，形成 等离子束是具有高能量、极高温度的压缩弧·等离 了一定深度的热影响区，对基体的热影响区进行了 子体熔覆技术是以等离子束作为热源，在钢基体表 分区，并在实验的基础上对热影响区的组织性能进 面上熔合一层高性能合金或陶瓷粉末，使之形成与 行了研究 基体材料性能完全不相同的表面熔覆层，从而提高 基体材料表面的耐磨、耐蚀或抗高温氧化性能)， 1 实验材料与方法 等离子熔覆技术区别于堆焊、热喷涂等技术的主要 基体采用热轧状态的16Mn钢，制成150mm× 特点是：功率密度和定向性十分稳定的转移弧放电 80mmX20mm的试块：熔覆合金粉末采用常用的 等离子束在按照程序轨迹匀速运行的同时，使同步 铁基合金粉末，粒度为106~180m;熔覆设备采用 送入的合金粉末和基体表面同时快速熔化，形成瞬 山东科技大学研制的负压非等轴压缩等离子熔覆专 间熔池，熔融状态下的合金元素在熔池内发生扩散、 用设备，工艺参数如表1所示，采用单道熔覆，宽度 反应，并依次快速凝固，形成与基体呈治金结合的表 为8mm,冶金层厚度为2mm;将实验获得的试样垂 面熔覆层可.等离子熔覆层的使用性能不仅取决于 直等离子炬扫描方向截开，制成金相试样，用FεCl3 熔覆层本身，与支撑治金层的次表面基体组织和性 溶液进行腐蚀，采用LE01450扫描电子显微镜和 能也有密切的关系，本文利用等离子束在钢基体表 XJP一100金相显微镜对基体进行金相分析；采用 面进行等离子熔覆，研究了熔覆层的组 HV-1000型显微硬度计对基体进行硬度检测 表1等离子熔覆工艺参数 Table 1 Process parameter of the plasma cladding 等离子炬扫描 送粉器气流量/ 离子气流量/ 保护气流量/ 等离子束流 工作电流/ 速度/(mmmin- (m3h-) (m3h1) (m3h- 长度/mm A 400 0.6 0.6 1.6 27 300 体形貌，如图1所示，有三个不同的区域：等离子熔 2 实验结果与讨论 覆层、热影响区和基体.其中熔覆层的厚度为2mm, 通过扫描电子显微镜观察等离子熔覆试样的整 热影响区的厚度约为1mm, 2.1等离子熔覆层的组织结构 收稿日期：2006-02-12修回日期：2006-09-10 图2为等离子熔覆铁基涂层的SEM照片，图3 作者简介：张丽民(1979一)，女，博士研究生：孙冬柏(1959一)，男， 为熔覆层中的物相分布图谱，在熔覆层中，其物相 教授，博士生导师 主要为奥氏体Y-FeNi(Cr,Si)和碳化物(Cr,Fe)7等离子熔覆铁基涂层组织结构及热影响区特点 张丽民1） 孙冬柏1） 李惠琪2） 刘邦武1） 1） 北京科技大学腐蚀与防护中心‚北京100083 2） 山东科技大学材料科学与工程学院‚青岛266510 摘 要 采用等离子束作为热源‚在16Mn 钢上熔覆一层铁基合金涂层．分析了涂层的组织结构；并通过对等离子熔覆热循 环的特点和冶金过程的探讨‚着重对钢基体的热影响区进行了测试分析；将热影响区划分为过热区、完全相变区和不完全相 变区．过热区显微组织粗大‚有魏氏体产生‚硬度下降；完全相变区晶粒细化‚硬度较高；不完全相变区组织只有部分发生转 变‚晶粒大小不均匀．过热区魏氏体组织的产生‚使热影响区有脆化的倾向． 关键词 16Mn 钢；等离子熔覆；涂层；热影响区；组织结构 分类号 TG135 收稿日期：2006-02-12 修回日期：2006-09-10 作者简介：张丽民（1979—）‚女‚博士研究生；孙冬柏（1959—）‚男‚ 教授‚博士生导师 目前‚激光熔覆技术是国内外研究的热点‚而对 等离子熔覆技术‚国内外的研究报道尚不多见［1—2］． 等离子束是具有高能量、极高温度的压缩弧．等离 子体熔覆技术是以等离子束作为热源‚在钢基体表 面上熔合一层高性能合金或陶瓷粉末‚使之形成与 基体材料性能完全不相同的表面熔覆层‚从而提高 基体材料表面的耐磨、耐蚀或抗高温氧化性能［3—4］． 等离子熔覆技术区别于堆焊、热喷涂等技术的主要 特点是：功率密度和定向性十分稳定的转移弧放电 等离子束在按照程序轨迹匀速运行的同时‚使同步 送入的合金粉末和基体表面同时快速熔化‚形成瞬 间熔池‚熔融状态下的合金元素在熔池内发生扩散、 反应‚并依次快速凝固‚形成与基体呈冶金结合的表 面熔覆层［5］．等离子熔覆层的使用性能不仅取决于 熔覆层本身‚与支撑冶金层的次表面基体组织和性 能也有密切的关系．本文利用等离子束在钢基体表 面进行等离子熔覆‚研究了熔覆层的组 织性能；由于等离子束温度非常高‚基体的表层因受 热的影响而发生金相组织和力学性能的变化‚形成 了一定深度的热影响区．对基体的热影响区进行了 分区‚并在实验的基础上对热影响区的组织性能进 行了研究． 1 实验材料与方法 基体采用热轧状态的16Mn 钢‚制成150mm× 80mm×20mm 的试块；熔覆合金粉末采用常用的 铁基合金粉末‚粒度为106～180μm；熔覆设备采用 山东科技大学研制的负压非等轴压缩等离子熔覆专 用设备‚工艺参数如表1所示‚采用单道熔覆‚宽度 为8mm‚冶金层厚度为2mm；将实验获得的试样垂 直等离子炬扫描方向截开‚制成金相试样‚用 FeCl3 溶液进行腐蚀‚采用 LEO1450扫描电子显微镜和 XJP—100金相显微镜对基体进行金相分析；采用 HV—1000型显微硬度计对基体进行硬度检测． 表1 等离子熔覆工艺参数 Table1 Process parameter of the plasma cladding 等离子炬扫描 速度／（mm·min —1） 送粉器气流量／ （m 3·h —1） 离子气流量／ （m 3·h —1） 保护气流量／ （m 3·h —1） 等离子束流 长度／mm 工作电流／ A 400 0∙6 0∙6 1∙6 27 300 2 实验结果与讨论 通过扫描电子显微镜观察等离子熔覆试样的整 体形貌‚如图1所示‚有三个不同的区域：等离子熔 覆层、热影响区和基体．其中熔覆层的厚度为2mm‚ 热影响区的厚度约为1mm． 2∙1 等离子熔覆层的组织结构 图2为等离子熔覆铁基涂层的 SEM 照片‚图3 为熔覆层中的物相分布图谱．在熔覆层中‚其物相 主要为奥氏体γ—FeNi（Cr‚Si）和碳化物（Cr‚Fe）7 第29卷 第5期 2007年 5月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．5 May2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．05．011