·334 北京科技大学学报 第36卷 限和不足之处，如涂层与基体以机械结合为主回， 400目. 结合强度较低（一般不超过50MPa),这严重地限 采用型号为SP-40AB的高频感应加热设备对 制了涂层的应用空间和前景.为了提高基体与涂层 预制的涂层进行感应重熔，选择低功率输出加热方 之间的结合力，采用重熔技术是提高界面结合强度 式，加热频率39.1kHz,加热功率7.4kW,采用Ar气 的有效方法.在实际生产中，激光熔覆技术由于设 保护，气压0.02MPa. 备造价昂贵，一般工业领域难以接受，主要用于航 1.3组织与性能分析 空、航天等一些不计成本的关键性部件的小面积处 采用MEF3A型金相显微镜对试样进行横面、 理上-：氧乙炔喷焊存在对基体热影响大、涂层氧 纵面组织形貌观察；采用灰度法原理利用Image-pro 化烧损严重以及受人为因素影响质量往往不够稳定 pus6.0软件检测涂层重熔前、后的孔隙率变化：用 等问题；感应重熔工艺因为成本不高、热影响区 D/MAX-250OPC型X射线衍射仪对涂层进行物相 不大、结合力强等优点被广泛采用).相对于激光 分析：用JSM-5600LV型扫描电子显微镜及其附属 熔覆、氧乙炔喷焊由外而内的加热方式，感应重熔的 的能谱组件进行线分析和点分析；用HX一10O0TM 特点是利用涂层材料与基体材料物性参数的不同以 型数字显微硬度计测定涂层的显微硬度；采用型号 及感应加热的表面集肤效应，使能量在界面处集中， 为100D的微机控制电子式万能试验机测试涂层与 实现加热从界面开始，自内部向外加热涂层，这样的 基体的结合强度. 加热方式使基体对涂层的稀释率小，且有利于涂层 材料的除渣排气，提高涂层的质量@， 2实验结果及分析 本文采用超音速等离子喷涂技术将自主研发的 非自熔性高铝青铜合金粉末制备成涂层，再采用感 2.1粉体的形貌特点 应重熔工艺对涂层进行后续处理，研究感应重熔技 图1所示为制备的高铝青铜粉体材料的扫描电 术优化非自熔性高铝铜合金粉体涂层的能力. 镜照片.由图可见，粉体整体球形度较好，表面较为 平整，没有凹坑和裂纹存在，能够用于超音速等离子 1实验 喷涂层的制备 1.1粉体制备 以自主研发的高铝青铜合金为基础，采用惰性 气体保护和快速凝固双流高压水雾化技术制备高铝 青铜合金粉体，雾化制粉喷嘴采用自由降落式.主 要参数为：雾化介质为自来水，保护气体为氮气，喷 射项角为33°，漏包嘴直径为6mm,熔体流速300~ 400g·s1,过热温度100~150℃，雾化压力30~ 50MPa.制备的合金粉体主要化学成分如表1 LEI 100V X2000 10 WD1.0mm 所示. 图1高铝青铜合金粉体形貌扫描照片 表1高铝青铜合金粉体的主要成分（质量分数） Fig.1 SEM image of the high aluminum bronze powder Table 1 Composition of the high aluminum bronze % Cu Fe Mn Ni Co 2.2感应重熔前、后涂层的组织结构特点 70-8012≈162.0-4.00.5-2.00.2~0.50.2-0.5 图2为感应重熔前、后涂层表面组织的金相照 片.对比两图可见：感应重熔前高铝青铜涂层具有 1.2涂层制备 典型的热喷涂涂层特点，组织较均匀，且致密，涂层 以中15mm×100mm的45"钢为基体，喷涂前对 中存在弥散分布的氧化物或孔隙以及尺寸较大的未 基体表面除锈及除油，并进行喷砂粗化处理.将待 熔颗粒；感应重熔后消除了涂层组织中较大的未熔 喷基体试样夹持在专用夹具上，驱动试样匀速旋转. 颗粒，组织更加致密、均匀 采用型号为DH-2080的超音速等离子喷涂系统制 图3所示为感应重熔前、后涂层纵断面形貌扫 备涂层，喷涂厚度约为1.0mm.喷涂工艺参数为：喷 描照片.对比分析可见：感应重熔前纵向组织呈现 涂距离125mm,喷涂电压150V,电流315A,送粉电 层流状热喷涂组织特点，局部有未熔和硬质颗粒嵌 压10V,主气为Ar气，次气为H2气，粉体粒度 入其中，涂层与基体之间界面平整、清晰，无治金扩北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 限和不足之处，如涂层与基体以机械结合为主［3］， 结合强度较低( 一般不超过 50 MPa) ［4］，这严重地限 制了涂层的应用空间和前景． 为了提高基体与涂层 之间的结合力，采用重熔技术是提高界面结合强度 的有效方法． 在实际生产中，激光熔覆技术由于设 备造价昂贵，一般工业领域难以接受，主要用于航 空、航天等一些不计成本的关键性部件的小面积处 理上［5--6］; 氧乙炔喷焊存在对基体热影响大、涂层氧 化烧损严重以及受人为因素影响质量往往不够稳定 等问题［7］; 感应重熔工艺因为成本不高、热影响区 不大、结合力强等优点被广泛采用［8--9］． 相对于激光 熔覆、氧乙炔喷焊由外而内的加热方式，感应重熔的 特点是利用涂层材料与基体材料物性参数的不同以 及感应加热的表面集肤效应，使能量在界面处集中， 实现加热从界面开始，自内部向外加热涂层，这样的 加热方式使基体对涂层的稀释率小，且有利于涂层 材料的除渣排气，提高涂层的质量［10］． 本文采用超音速等离子喷涂技术将自主研发的 非自熔性高铝青铜合金粉末制备成涂层，再采用感 应重熔工艺对涂层进行后续处理，研究感应重熔技 术优化非自熔性高铝铜合金粉体涂层的能力． 1 实验 1. 1 粉体制备 以自主研发的高铝青铜合金为基础，采用惰性 气体保护和快速凝固双流高压水雾化技术制备高铝 青铜合金粉体，雾化制粉喷嘴采用自由降落式． 主 要参数为: 雾化介质为自来水，保护气体为氮气，喷 射顶角为 33°，漏包嘴直径为 6 mm，熔体流速 300 ～ 400 g·s － 1，过热温度 100 ～ 150 ℃，雾化压力30 ～ 50 MPa． 制备的合金粉体主要化学成分如表 1 所示． 表 1 高铝青铜合金粉体的主要成分( 质量分数) Table 1 Composition of the high aluminum bronze % Cu Al Fe Mn Ni Co 70 ～ 80 12 ～ 16 2. 0 ～ 4. 0 0. 5 ～ 2. 0 0. 2 ～ 0. 5 0. 2 ～ 0. 5 1. 2 涂层制备 以 15 mm × 100 mm 的 45# 钢为基体，喷涂前对 基体表面除锈及除油，并进行喷砂粗化处理． 将待 喷基体试样夹持在专用夹具上，驱动试样匀速旋转． 采用型号为 DH--2080 的超音速等离子喷涂系统制 备涂层，喷涂厚度约为1. 0 mm． 喷涂工艺参数为: 喷 涂距离 125 mm，喷涂电压 150 V，电流 315 A，送粉电 压 10 V，主 气 为 Ar 气，次 气 为 H2 气，粉 体 粒 度 400 目． 采用型号为 SP--40AB 的高频感应加热设备对 预制的涂层进行感应重熔，选择低功率输出加热方 式，加热频率39. 1 kHz，加热功率7. 4 kW，采用 Ar 气 保护，气压 0. 02 MPa． 1. 3 组织与性能分析 采用 MEF3A 型金相显微镜对试样进行横面、 纵面组织形貌观察; 采用灰度法原理利用 Image--pro plus 6. 0 软件检测涂层重熔前、后的孔隙率变化; 用 D /MAX--2500PC 型 X 射线衍射仪对涂层进行物相 分析; 用 JSM--5600LV 型扫描电子显微镜及其附属 的能谱组件进行线分析和点分析; 用 HX--1000TM 型数字显微硬度计测定涂层的显微硬度; 采用型号 为 100D 的微机控制电子式万能试验机测试涂层与 基体的结合强度． 2 实验结果及分析 2. 1 粉体的形貌特点 图 1 所示为制备的高铝青铜粉体材料的扫描电 镜照片． 由图可见，粉体整体球形度较好，表面较为 平整，没有凹坑和裂纹存在，能够用于超音速等离子 喷涂层的制备． 图 1 高铝青铜合金粉体形貌扫描照片 Fig． 1 SEM image of the high aluminum bronze powder 2. 2 感应重熔前、后涂层的组织结构特点 图 2 为感应重熔前、后涂层表面组织的金相照 片． 对比两图可见: 感应重熔前高铝青铜涂层具有 典型的热喷涂涂层特点，组织较均匀，且致密，涂层 中存在弥散分布的氧化物或孔隙以及尺寸较大的未 熔颗粒; 感应重熔后消除了涂层组织中较大的未熔 颗粒，组织更加致密、均匀． 图 3 所示为感应重熔前、后涂层纵断面形貌扫 描照片． 对比分析可见: 感应重熔前纵向组织呈现 层流状热喷涂组织特点，局部有未熔和硬质颗粒嵌 入其中，涂层与基体之间界面平整、清晰，无冶金扩 · 433 ·