SHS涂层的工艺方法研究及应用.pdf

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1、矿业工程第8卷第4期62MiningEngineering2010年8月SHS涂层的工艺方法研究及应用朱殿瑞王洪磊吕殿龙(1．大庆石油学院，黑龙江大庆163318；2．中冶北方工程技术有限公司，辽宁鞍山l14002)摘要：介绍了自蔓延高温合成(SHS)涂层技术工艺方法，概述了该技术在输液管道工程及矿山工程中的应用。关键词：自蔓延；涂层技术；高温合成；应用中图分类号：TD4文献标识码：B文章编号：1671—8550(2010)04—0062—030引言1SHS表面涂层技术的研究现状及研究方法自蔓延高温合成(sHs——seIf—

2、propagatingSHS涂层技术的实质是在金属基体上预置呈High—temperatureSynthesis)是利用配合的原料梯度变化的涂层物料混合物，然后在致密条件下局自身燃烧反应放出热量使化学反应过程自发地持续部点火引燃化学反应，利用放出的热使反应持续进进行，通过控制自维反应速率、温度和转化率等因行，放出的热量促使材料制备。同时基体金属表面素，进而获得具有指定成分和结构产物的一种新型会在短时问内高温熔化，使涂层与基体金属间通过材料合成手段。自1967年，俄罗斯科学家冶金结合而获得高粘结强度的梯度涂层]。其主要Merz

3、hanov首次完整地提出自蔓延高温合成概念，技术方法：sHS气相传输涂层、SHS喷涂沉积涂经过30多年发展在材料领域形成了独特的优势[1]。层、SHS熔铸涂层、SHS反应铸渗涂层和SHS烧并广泛地应用在航空航天、石油化工、冶金矿山、结涂层技术等。地质勘探等工业生产领域。1．1SHS气相传输涂层技术随着现代工业发展，对矿山机械材料的表面性SHS气相传输涂层技术最早由俄罗斯学者能有了更高的要求，特别是在高速、高温重载、磨Shtessel_4等提出并发展起来，是用适当的气体作损、腐蚀等介质条件下，材料经常受恶劣的工作环为载体来输送

4、反应原料，通过调节气相输送控制涂境影响产生破坏、失效。表面涂层技术是采用一定层中成分梯度分布，在工件表面发生化学反应，反的工艺方法，在零件表面制备出优于本体材料性能应物沉积于工件表面的涂层技术。目前应用最广泛的表面功能薄膜或涂层，赋予零件或构件耐高温、的气相传输涂层有两种类型：钢件表面的Cr～B耐腐蚀、抗磨损等性能。因此，表面涂层技术也渐和Cr—C、Ni、Al涂层以及硬质合金上的Ti～N渐成为国际材料科学研究的热点。目前常用的表面涂层。其工艺装置如图l。涂层技术有等离子喷涂(APS)、溶胶一凝胶(Sol—Ge1)、化学气相沉

5、积(CVD)和物理气相沉积(PVD)等方法l2]，由于上述方法工艺繁琐，设备复杂，成本较高，在很多时候应用价值并不高。SHS高温合成涂层法能够克服上述缺点，适用于大规模生产满足不同要求的高性能复合材料。因此，对SHS合成涂层技术的研究，具有重要的学术价值和广阔的应用前景。收稿日期：2O1O—O4一O1卤素单质或ck作者简介：朱殿瑞(1954一)，男(汉族)，黑龙江宾县人，东北石图1气相传输涂层工艺图油大学材料系副教授，处长。2010年第4期王洪磊等SHS涂层的工艺方法研究及应用631．2SHS喷涂沉积涂层技术1．2．3SHS

6、反应火焰喷涂反应热喷涂是SHS技术与热喷涂技术结合而反应火焰喷涂主要是利用气体作为辅助热源，发展起来的新技术。热喷涂技术是利用热源(如等引发喷涂粉末的自蔓延反应。火焰喷涂技术的主要离子弧、电弧或火焰)将喷涂材料加热熔化或软设备是普通氧乙炔火焰喷枪，反应喷涂粉末在飞行化，并用热源自身的动力或外加高速气流雾化，使过程中受到喷枪火焰引燃体系的放热反应并合成需喷涂材料的熔滴以一定速度喷向经过预处理的基板要的涂层材料，工艺原理如图4。目前，已成功研表面，依靠喷涂材料的物理变化和化学反应，与基制出Fe—Ti～C、Cr—Fe—Ti—C、A

7、1一Fe—Ti—板形成结合层的工艺方法。石建稳等利用超音速火C体系的反应火焰喷涂技术。焰喷涂合成技术制备了4种不同成分含量的(Ti，Mo)C—Ti金属陶瓷涂层，并对涂层的组织和性能进行了研究。1．2．1SHS反应药芯线材电弧喷涂反应电弧喷涂(如图2)是用药芯线材做自耗电极，利用其端部产生的电弧做热源来熔化线材外管，引燃药芯的自蔓延反应，合成出的熔滴用压缩图4反应火焰喷涂工艺图气流雾化喷射到基材表面，形成涂层的技术。栗卓新等已经成功采用低碳钢包覆0～7OTiB)／A1。o。1．3SHS熔铸涂层技术硬质相的粉芯丝材和高速电弧喷涂

8、(HVAS)原位该技术是将高放热反应体系(其绝热燃烧温度合成了MMC涂层。高于产物的熔点)物料预置在基体表面，点火引燃后发生强烈的化学放热反应，使反应产物处于熔融状态，冷却后即得表面涂层的一种工艺方法。根据对熔融产物所施加的致密化工艺的不同，主要有离反心熔铸涂层、重力分离熔铸涂层和压力熔铸