双辉技术在制备fe-ai-cr合金层中的应用优势

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1、双辉技术在制备Fe-AI-Cr合金层中的应用优势浙江省嘉兴市嘉兴职业技术学院机电与汽车分院314036摘要：近些年来，金属间化合物的研宄已由传统的单一组分向多组分发展，即开发以金属间化合物为基的两相或多相合金。该多组分合金的优点在于，可将合金组分进行优化，而使之形成一个有机整体，以获得各组分单独工作所不只备的优良综合性能。双层辉光等离子渗金属技术近十几年来得到飞速发展，是当前表面合金化的最新技术之一，在制备Fe-AI-Cr合金层中具有较大的优势。关键词：双辉技术；制备；Fe-AI-Cr合金层；应用目前，对于工作环境恶劣且要求具有较长工作寿命的航空发

2、动机和工业燃气轮机中的导向叶片、涡轮叶片和涡轮盘等部件，以及在石油化工等行业中广泛使用的锅炉管道、化学反应器和压力容器等制品而言，提高设备的运行周期和使用寿命己成为航空航天以及石油化工等部门迫切需求，具有重要的研宄价值和意义。一、Fe-AI-Cr合金层的制备方法迄今为止，国内外研究Fe-AI-Cr合金层制备方法的报道很少，已成功制备出该种合金层的方法为热喷涂技术。该技术是利用一种热源将喷涂材料加热至熔融状态，并通过气流吹动使其雾化后高速喷射到零件表面而形成喷涂层的表面加工技术。喷涂层与基体之间，以及喷涂层中颗粒之间主要是通过镶嵌、咬合、填塞等机械形

3、式连接，其次是微区冶金结合以及化学键结合。喷涂材料需要加热熔融，喷涂层与零件基体之间主要是机械结合，这是热喷涂技术最基木特征。其体而言，目前己有的制备Fe-AI-Cr涂层的热喷涂方法有：高速电弧喷涂和超音速电弧喷涂。（一）高速电弧喷涂技术高速电弧喷涂技术是在两根连续送进的金属丝之间施加一定电压产生电弧，用该电弧产生的热量使金属焊丝熔化。将高压气体通过特殊设计的喷管加速后作为高速气流来雾化和加速融化金属。再将雾化的金属熔滴在压缩空气的作用下高速喷射到工件表面形成致密涂层。高速电弧喷涂技术具奋沉积效率高、涂层组织致密、电弧稳定性好、通用性强、经济性好等

4、特点。但是，采用该技术的缺陷是：电弧的高温会烧损和蒸发涂层中的合金元素，降低了涂层中应奋合金元素的含量，严重影响了Fe-AI-Cr合金层的质量。（二）超音速电弧喷涂超音速电弧喷涂原理是利用电弧燃烧熔化丝材，通过拉伐尔喷嘴的加速而形成的超音速气流将熔融状态的丝材雾化成均匀而粒度细小的微粒，喷在工件表面形成涂层。进行超咅速电弧喷涂时，将电源的正负极分别接在连续送进II形成一定角度的两根丝材上，短接丝材的端部形成电弧，在通电状态下电弧的燃烧保持稳定；经拉伐尔喷嘴加速后形成的超音速气流从电弧发生点背后雾化己熔化的丝材，并喷射到经预处理的基材表面形成涂层。该

5、技术是一个熔化-雾化-沉积不断重复的连续过程。经超音速雾化后的粒子细小、均匀且速度高，奋利于制备高质量涂层。采用超音速电弧喷涂技术制备所得合金层较高速电弧喷涂所得Fe-AI-Cr合金层而言，结合强度得到进一步提高，同吋降低了表面的孔隙率和表面粗糙度。但苏综合机械性能、抗高温氧化、耐腐蚀性和耐磨性均不理想。二、Fe-AI-Cr合金层制备方法存在问题①与基体的结合强度低。这是由于采用热喷涂技术，颗粒间的结合方式大部分为机械方式，而非冶金方式,故在合金层的颗粒之间存在一定数量的孔洞。这些缺陷严重影响了合金层在实际工况条件下的机械性能、抗高温氧化性、耐腐蚀

6、性和耐磨性；②与基体材料间存在较大的热应力。这是由于热喷涂技术是将熔融状态的合金喷涂至基体上，在试验过程中必将导致基体温度迅速上升，冷却后所得合金层与基体间存在较大的热应力，易造成涂层在使用中产生崩裂现象；③易夹杂氧化物。热喷涂技术是在空气中进行，处于熔融状态的喷涂材料在高温、高速的情况下，易被氧化而形成氧化物。因此所制备的合金层中必然会夹杂各种氧化物，严重影响涂层性能；④成本高。热喷涂技术需要大功率热源，并随着热源温度的升高，成本也不断提高；⑤污染环境，危害人体健康。由于热喷涂技术中会产生大量的粉尘，故对环境和人体均造成影响。因此，材料学家一直在

7、寻找新的表面处理技术来制备Fe-AI-Cr合金层［1］。三、双辉技术在制备Fe-AI-Cr合金层中的应用优势双层辉光等离子表面冶金技术（简称双辉技术）是一种制备表面涂层的先进技术，为钢铁表面合成Fe-AI-Cr合金层提供了具有现实意义的方法。相比于其他表面处理技术而言，双辉技术具有如下鲜明的优点：①渗速快。基体金属表面由于受到高能粒子的轰击而被活化，出现了位错密度高的区域，增加了金属原子的扩散渠道，从而使合金原子的渗入速度大大加快。于此同吋，由于合金原子源源不断地从源极溅射到工件，基体表面的高元素区和浓度梯度能够稳定存在，从而加快元素渗透速度；②不

8、限制合金元素的种类，可实现多元共渗。同吋可通过调节工艺参数来控制合金层的组织形貌，保证工件上合金涂层的质量；③合金层组织致