表面改性技术以及独特的表面接合技术

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1、文章编号：1007~077(2014)O1-019-07表面改性技术以及独特的表面接合技术[日本]山田猛摘要：近年来，在机械零部件热处理领域开始利用激光及热等离子体的表面改性技术，其亮点是能有效地改善零部件的耐磨性、耐腐蚀性及耐高温氧化性，并可减少摩擦、摩损，提高综合机械性能。这类技术可广泛应用于汽车及铁道机车车辆、冶金等多种工业部门，在工程上倍受关注。文章介绍了上述热处理技术的原理、应用实例及目的；也描述了利用激光、热等离子体的复合喷涂工艺以及独特的表面接合技术的工艺流程和应用案例。关键词：表面改性；激光；热等离子体；喷涂；复合喷涂；锚固粘结法；环热缩径法中

2、图分类号：TG155．25文献标识码：B其覆盖在构件表面上。填充金属通常有棒状、线状、引言粉末状等。焊接方法则包括保护电弧焊接、二氧化为了实现构件的高机能化，表面改性技术能让碳气体保护电弧焊接、MIG焊、TIG焊、埋弧焊等。构件表面拥有与基体不同的特性。表1所示为表面另外，还会使用等离子体电弧焊接，该焊接利用周围改性的目的、分类和方法。表面改性有2种类型的的气体气流使电弧焊接的电弧柱等离子收缩，从而方法，一种是将基体材料与其他材料相接合，另一种提升能量密度。在硬化堆焊中，还有1种等离子粉是改变材料表面附近的性质以达到所需目的。本文末堆焊，即在堆焊无法应用的非常

3、硬的材料时，采用介绍了利用激光和热等离子体来实施表面改性以达粉末状材料。到高机能化的方法。另外，还介绍了利用机械性配在堆焊中特别值得留意的是，焊接时，不仅仅是合使构件表层实现所需机能的独特的表面接合技术填充金属，连母材表面的一部分也会同时熔融混合[复合板的制造法(剥离接合法，锚固粘结法)和耐其中，所以造成了焊丝成分变化及稀释的问题。针磨耗双重管的制造法(环热缩径法)]以及采用这些对这个问题，利用焊接金属(焊丝与母材的熔融量技术所制成的产品。之和)中母材熔融量百分率所表示的熔透率(稀释表1表面改性的目的、分类和方法率)来作为判断覆盖层特性的大致标准。图1所示目的

4、：篓藿墨鬈毽萎耐热性·滑动性为各种堆焊工艺中熔透率和表示生产率的熔敷速度‘的关系。堆焊时，一般来说，为了能充分发挥堆焊特表面层的变质(淬火，注入等)⋯·表面覆盖(PVD，CVD，堆焊，涂层，等)性，熔透率较低比较好。另外，从生产率的角度来·电弧·激光光束·离子束·等离子体看，最好熔敷速度较快，能在一次焊接操作的短时间方法·剥离接合·爆炸压焊·滚子压焊·内大量形成堆焊复层。现实中要选择既能保持所希配合(热套，锚固粘结，环热缩径)望的特性又具有高生产率的方法，还要考虑部件形1利用电弧焊及等离子焊实施的表面改性状等再决定焊接方法。在软钢或低合金钢表面堆焊不锈钢时，尤

5、其要电弧焊是一种利用弧柱的热等离子体能量使金考虑稀释的问题。关于这一点可参考图2所示的雪属熔融凝固实现接合的方法。该方法可应用于表面费尔图。该图所示的是在低合金钢Cr—Mo钢表面改性，通常被称为堆焊，将填充金属丝(为熔敷在母以奥氏体系不锈钢D308(19Cr一9Ni)或D309(25Cr材表面而另行添加的材料)用电弧热熔融、凝固，使一12Ni)为填充金属进行的堆焊，焊接金属的组织显收稿日期：2013—06—25示在代表母材成分的点和代表填充金属成分的点所2014年1月国外机车车辆工艺·19·表面为镜子，将激光聚焦于其内部空洞的上端部中央进行照射，通过空洞内部扩

6、散后的多次反射，在空洞下端部的四角形断面上得到几乎相等的能量分布；多面反射镜方式是通过多面体镜的旋转来扫描光束。图5等离子体热喷涂的概念图表2等离子体热喷涂的适用例子及其目的适用例子适用目的张，紧譬辊。耐磨性，耐腐蚀性，镀锌用上辊”⋯⋯⋯⋯·制纸·印刷·纤维耐磨性，耐腐蚀性，夹坚性压胴辊，夹持辊，导辊等图6激光表面淬火耐磨性，耐腐蚀性，绝热·火力·水力发电性，耐高温氧化·耐高温燃气轮机叶片，管道扇形体等腐蚀性·汽车·船舶·机车车辆耐磨性，耐腐蚀性，滑动特汽缸盖，活塞环，燃料喷嘴，排放气性，轻量化，控制氧气通体氧气传感器等孔，低噪音·发电用燃气轮机·飞机用燃气轮

7、绝热性，耐热氧化性，耐高机叶片，燃烧室，管道扇形体等温腐蚀性，耐磨性·IT阴极真空喷镀装置：粉墨捕捉电气特性，防止杂质混入，轮，电气回路基板，液晶板框架等耐腐蚀，环境性·普通工业机械耐磨性，耐腐蚀性，防止反工程机械·冲模·刀具类·玻璃等应·耐烧伤，提高生产率图7表面改性中所使用的激光照射方式3利用激光实施的表面改性4激光·等离子体复合热喷涂使用激光的表面改性包括：应用激光使基体材在等离子体热喷涂中，热喷涂粒子熔融后在母料表面骤冷骤热然后硬化的激光淬火；添加与构件材表面形成涂覆层，由于在和母材接合中的投锚效不同的材料到基材表面使之与基材合金化的激光合应为主要因素

8、，因此接合力不是很强。另外在堆积金化；