原位反應(yīng)等離子表面處理技術(shù)概論

1、原位反應(yīng)等離子表面處理技術(shù)概論由于尊離子體是具有高能最密度的然源，可以對(duì)材料進(jìn)行龍面處理，利用尊離子境涂御到的陶瓷涂層，耐磨耐蝕件強(qiáng).H一與棊體時(shí)結(jié)令性良好，涂層致甯.但由于在噴漆過(guò)理中含有未熔戒半熔的粉末夾渣在濟(jì)層中，恨大趣度上影響了涂懇的性能原位反應(yīng)打傳統(tǒng)的工產(chǎn)復(fù)件材料方iH相比.増退郴圧在貳林*LL旳核氏人的.人冇托能少*產(chǎn)枷純和瞬吋區(qū)溫的特點(diǎn)由】過(guò)秤不易受押制，與管離f衣血處用技術(shù)結(jié)暢li迺極,利川等離f高溫GI發(fā)在肚體表血的脈位反應(yīng)，生成H好的良和幗瓷涂11筲離了我面辿理技術(shù)零離予體崖氣體電高成正負(fù)離子.Lh干正負(fù)離予舷F1相竽，所以是中性*等離了亞"丄耳；小.dim:沖y

2、訝：:時(shí)門(mén)umT兒7弋”門(mén)"門(mén).甚至超昔連口妙I(lǐng)I轉(zhuǎn)移虹的噴嚇汕S可達(dá)2萬(wàn)攝氏度.轉(zhuǎn)移犁等離了弧蠱度可達(dá)J丿j攝氏度，等離子體的焙值為H=U+PV（P為壓力，U為系統(tǒng)內(nèi)能，V為體積）。等離f弧的電HW越拓電弧效率越高.等離子弧是一種床縮型電弧.電弧比一般電呱較為穩(wěn)定,不受外界壞境的I-擾。欽介金的等離子農(nóng)而處埋上耍包括：等肉子噴涂、曾離子噴焊、筲離丁農(nóng)而淬火、等離了熔罰等。悸離了噴涂是通過(guò)爪縮的電弧電圍氮?dú)饣蜇关癏分之斤的乞倘混合氣體成為筲離子體,把溫度島達(dá)一力五千幵爾文的等離子束從噴嘴里以趙島速喰出,混仔唏涂材料的代體加入到等離子弧中.被迅速加熱和加速.形成熔融或半熔融的杓子束狀態(tài)

3、，撞擊到舄體表面產(chǎn)牛.呼！性變形，/i：Tft表由I變形粘附，后來(lái)的埒做狀念的粒子束又在之前凝固的粒子上附著.形成致密的涂層.等離子噴涂原理示意如圖1.2所示.等離1噴涂具冇溫反臥珂噴涂村料范國(guó)廣、i.fM、帶電、星休材料范用廣、展體熒熱損傷小、涂足碩鈦高的優(yōu)點(diǎn).但是山于等離了咬涂對(duì)于氣體的純度要求很島，等離了噴涂役備投資大，成本也較局，其次是小孔徑孔內(nèi)農(nóng)曲難以噴涂，這足因?yàn)閲姌尦叽绾蛧娋嗟南拗?第三是高速等肉r焰流產(chǎn)生的劇烈噪聲、強(qiáng)尢輛射、冇占?xì)庑?、全屬蒸汽粉塵竽竽對(duì)人體仃吿，而采取陰護(hù)描施卩心刖。等肉了噴涂所川的粉末一股仃二類(lèi)，一類(lèi)是氧化鉗、氧化鶴、軌化錢(qián)和氧化珞等金屬軌化物：一類(lèi)是碳化鈣

4、類(lèi)的族化物，一般在碳化鈣中加入Co.或舍有Co作粘結(jié)劑的燒結(jié)WC粉末；-類(lèi)足囲化銘、湖化鈦類(lèi)的側(cè)化物.國(guó)內(nèi)外對(duì)于等離子噴涂也開(kāi)展J大竜的研究匸件，Zhiji初等人利用等離子噴涂，制5rTAl3O3fnAljQj-Al的復(fù)合涂層,通過(guò)觀察涂層顯微形貌和斷口的元素分布,以及顯微硬發(fā)和滑動(dòng)磨損等力學(xué)分析段得出，淤加鋁任氣化鋁中，右助J：減少啖涂中的池出，便涂戻更好地沉積金#體衣血。雖然鋁元素的添加使繪合鍍戻的砍度降低，們足A1均勻分和在陶瓷相周用，提高了涂層的韌性、強(qiáng)度和耐翻性閩.Xinhua等人在TC4（T1-6A1-4V）衣而通過(guò)笞離了噴涂8M.%YjOs-ZiOj/NiCiCoAlY分戻涂層，

5、微觀分析衣明Zi-02/NiCrCoAlY涂唱從底部的金屈涂公到頂部向盤(pán)分層門(mén)好，涂層包含tZrO2相和過(guò)飽和的Ni基固涪體相,涂層與TC4基體由良好的結(jié)合性。除了機(jī)械結(jié)合以外，在一些位置的涂層9墾仆丼面，在噴涂過(guò)程屮產(chǎn)生NiTi2和TiAb相田、竽離子堆焊技術(shù)足以零離子弧為熱源，便用自熔件合金粉末材料覽充金屬，辱離子弧堆焊技術(shù)比有熔復(fù)速度高、方便自動(dòng)操作，稀用率低，焊層致幣I用休金屈為治金纟占介，焊瓜連續(xù)H欽帶的持點(diǎn)。竽離了堆焊II前廣泛應(yīng)用到機(jī)械、冶、電力、飲道等領(lǐng)城，在軸承、軸頸、閥門(mén)、挖期機(jī)和推土機(jī)等產(chǎn)業(yè)機(jī)械零部件的制造與修復(fù)場(chǎng)合，尤其適川干炸辰材料難以制成絲材但易于制成粉末的破質(zhì)耐糖

6、介金。尊島噴炸質(zhì)蛀和匸藝穩(wěn)定性好，合金粉末制備簡(jiǎn)單，也接霧化成球狀粉耒即町。等離/堆焊有絲材（多用熱絲和粉末兩種應(yīng)用方式,粉末等離子堆焊可采用轉(zhuǎn)移弧和聯(lián)合弧,一般多使用聯(lián)合口】噴嘴的送粉系統(tǒng)多川氟氣送粉，一般送粉口在噴嘴孔道底部（可為多個(gè)），一般妄注意噴嘴幾道易吸附粉來(lái)，在設(shè)計(jì)噴嘴結(jié)構(gòu)和送粉位置中，入射角都在45度以卜，氷用送粉裝置冇霧化式、射吸式及刮板式=種（多為刮板式）.粉宋的粒度對(duì)于堆焊質(zhì)奚影響也很大,粒度多為40U-120目：熱絲等離子弧堆理的特點(diǎn)是,除了依靠等離顱加熱熔化母材和埴允焊絲并形成熔池外.填充焊絲還通電流以便提高熔覆速腹和降低堆焊層的柿樣率，在曲根填充焊絲中迪交流電,利用燼

7、絲伸出長(zhǎng)度段的電阻熱來(lái)增加焊雜的熔化速度期.Shmig尊人在Q235鋼龍面.利用竽離（堆焊技術(shù)制造了倉(cāng)有稀上元素的飲甚介金涂層，研究發(fā)現(xiàn)沒(méi)冇添加柿上兀素的F314涂層土箜足含冇過(guò)艾品相的Cr7C3和為粗人的針狀.而且含冇微小的裂紋缺陷，涂層的涂層脆性人，平均顯微諛度為787HV.勺添加0.8wt%的稀上尤索到F314介金中，發(fā)現(xiàn)做觀結(jié)構(gòu)為連續(xù)的亞共晶結(jié)構(gòu)和過(guò)共晶結(jié)構(gòu)砸度冇朗顯梯度分布，加廟達(dá)773HV.1腫性明眾降低。妍究表明這種明顯的梯股結(jié)構(gòu)和以卜兩種因索仃關(guān)：1柝土元素的加入降低了Fc-C共熔點(diǎn)溫度閔此基體元素熔化更迅速。2由丁塔離了弧的加熱.不同的溫度與欽定向貳固，因此梯度結(jié)構(gòu)更客易形成

8、【"LBai人研究J等離丁堆焊的I藝對(duì)十鋁介金衣而處理的影響研究人員通過(guò)同涉采集系統(tǒng)中熔滴的顯微圖像和電弧電信號(hào)來(lái)分析匸藝的影響，庚釵的烙福過(guò)裁模式包括球形傳輸模式、他巡回傳輸模式、噴霧傳輸模式和射滴過(guò)渡模式，得;I;等離子弧惜性氣體焊接在鋁合金焊接屮的最仕卅摻12參數(shù).通過(guò)對(duì)比熔滴過(guò)狀，焊縫的外觀和電子信號(hào)的穩(wěn)疋竹冏等離子農(nóng)面淬火足通過(guò)運(yùn)用機(jī)械和電磁丿li縮的種方法產(chǎn)±島能晟密度的等感子弧，在很短的時(shí)間內(nèi)把金屈L件加熱到相變溫度,奧氏體化然后急速冷卻使L件組織細(xì)化，提高材料衣層的殛度和耐磨性仍保持口好的塑性和韌性絢。等離Iftl淬火可以處理彳A名般處理方法不勸處理的【：件

9、，如怖輪的槽底、螺處的螺紋、塞粉機(jī)閃眾，發(fā)動(dòng)機(jī)伽套內(nèi)壁和機(jī)床的導(dǎo)仇黑等髙了表面淬火時(shí),由丁扔描速度較快,導(dǎo)致工件加熱和冷卻速度的加快，熱影響區(qū)小，熱受形受小,K等離子束加熱在毎氣保護(hù)中進(jìn)行,無(wú)氧化現(xiàn)孝，操作簡(jiǎn)單口碘化1：2"1調(diào)參數(shù)多.能得到不同的硬度和碩化層深度，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，Pan等人使用系統(tǒng)定流動(dòng)和較低Ik力的無(wú)轉(zhuǎn)後層流等離子休，對(duì)鑄鐵進(jìn)行衣面淬火處理，基休被處理多次或單次.宰休的硬度只有300H鑄扶農(nóng)面只進(jìn)行一條加路冷加熱淬火的試樣的顯微鎖度平均込到900HV,而試樣進(jìn)行多條加匸路怡同時(shí)進(jìn)行的試樣碩度只有700HV,山于受到了鄰近加匸的熱影響.實(shí)驗(yàn)表明,良好的加熱控制層流筲

10、離了體，可以把它作為鑄鐵農(nóng)而處理的一種方法閑Yaiia利用微弧筲離子弧機(jī)昭通過(guò)"糾chi方法在6奄米帀的ASSAB760鋼上進(jìn)行笞離了衣面淬火，得到垠仕的匸藝參數(shù)得到眾廳的淬諛層刃到的四個(gè)最優(yōu)參數(shù)越電弧電流為35A,電弧打描速哎為5mm/s,等離V氣體流h；為lL/inin,弧隙為23inn得到垠大的淬fif層深度為0.36mm,最大纓度為753HV沏。等肉f熔復(fù)技術(shù)利用等離子束的島渦作用.使潦加粉末與丿丄體衣mi同時(shí)熔化，種:乩體散熱冷卻，得到與雀體早冶金結(jié)合的禹合金或金屬陶瓷M涂杲岡°Junbo使用TiFcC混介粉木，利用等肉J'熔環(huán)技術(shù)制待JTVFc會(huì)屈閔瓷涂

11、從.該涂H含有兩個(gè)分層.-層是幔好的惻形TiC顆粉（500inn）分布在Fe皋中.-層是TiC和Ti2O3,k涂層展現(xiàn)好灼硬度和建好的耐糜性能創(chuàng)“劉勝林等人在不銹鋼菇材1：.利用等離子熔覆藝制條了淀厚度的鐮菇復(fù)介涂層.涂層中能帙有大屆與咸體冶金結(jié)介復(fù)好的WC顆粒，冇較高的碩度和耐廳性岡.13.2原位反應(yīng)合成技術(shù)傳統(tǒng)復(fù)合村料制5方法有粉末冶金法、噴鉗成世法和備種鑄造技術(shù)即模壓鑄造、流變鑄造和混砂鑄造等，通過(guò)添加増強(qiáng)材料復(fù)合而成，這種復(fù)合不是兩種材料簡(jiǎn)單的組合，而是兩種材料發(fā)生相互的物理、化學(xué)、力學(xué)等作用的復(fù)雜俎成過(guò)程鞏在傳統(tǒng)的制備方法中，増強(qiáng)相都是被巧加入進(jìn)夫的，這種額外的加入物麹粉俄較為相大.

12、口與乩體結(jié)合力小強(qiáng).熱力學(xué)不穩(wěn)定。而原侍合成技術(shù)城強(qiáng)體是存直體中形核氏大的，冃熱力學(xué)體系椅定，雀體和增強(qiáng)相的比例可以任大范圍內(nèi)調(diào)整，且增強(qiáng)柿-般昱球狀，尺寸細(xì)小.原位合成制備工藝簡(jiǎn)單、成木較低,右去單獨(dú)制備増強(qiáng)體的程序°可現(xiàn)在在國(guó)內(nèi)外研賓主耍的原位介成方法冇放熱彌故法(XD)泯口蔓延力法(SHS)、反應(yīng)噴射沉積法(RSD)、反應(yīng)熱壓法(RHP)等，F(xiàn)面介紹兒種卞要的原位反應(yīng)合成制珞技術(shù)。in'jJii；fl曼址合成法(Self-popagatingHigh-teiiyeratiiieSynthesis)址J*、蘇聯(lián)Meizlianov等人發(fā)明，并制備rtn擠金屈間化合物、確化

13、物、氮化物、硝化物等500多種復(fù)AM料，受到蘇聯(lián)對(duì)該技術(shù)的保密長(zhǎng)達(dá)20名年。更甜自夢(mèng)延技術(shù)是利用反應(yīng)物之間化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)主大駅反應(yīng)熱的fl加熱，反應(yīng)熱促便反應(yīng)以燃燒波的形式迅速擴(kuò)散，反應(yīng)住數(shù)秒內(nèi)或數(shù)分鐘中內(nèi)完成.鋁熱反應(yīng)兄圮典型的高溫自蔓延反應(yīng)：Fe2O3+2Al二Al2O3+2FC-836Kj,在加部點(diǎn)燃以麻.徐放岀的高溫誘發(fā)鄰近區(qū)域的鋁熱反應(yīng)，最終反應(yīng)-成，簡(jiǎn)溫口蔓延反應(yīng)町以制備氧化物、金屬間化介物、金屬陶瓷父介材料，根九點(diǎn)燃方式不冋,SHS法分為自蔓延高溫合成和熱爆合成兩種方式。H蔓延是將混合物的段引燃，傑口蔓延作用達(dá)到另一端，而熱爆技術(shù)則是把混合物樂(lè)休加熱，便反應(yīng)同時(shí)進(jìn)彳j現(xiàn)在高溫口蔓延反

14、應(yīng)在各領(lǐng)域得到了應(yīng)用，考慮到SHS技術(shù)的低能耗、河染小、易十生產(chǎn)和刊以產(chǎn)住獨(dú)特性能材料的特點(diǎn)，通過(guò)SHS技術(shù)先產(chǎn)局沽性催化劑控制尾氣H放，應(yīng)用亍艸烷的轉(zhuǎn)化和并種匸業(yè)廢物的|叫收中，冃從SHS可以化普通空溫下反應(yīng)完成.它可以被使用處理冇寄或放射性材斜.在人區(qū)域的業(yè)污染區(qū)原位生成防腐涂層來(lái)対裝危險(xiǎn)污染物旳Vakiy利用高溫門(mén)殛延反應(yīng)牛成氮化出和氮化鈦粉木，通過(guò)添加少量的氯化彼,即使在一個(gè)壓力相芳低的氯氣中,也可獲得良好的產(chǎn)猷岡。高溫白蔓延產(chǎn)生的材料貝存大址的孔洞,且合成材料不致密,需要外加壓力,在工業(yè)上受到了很人限制.反屁噴射沉積(reactionspiaydepositionfoniiingpr

15、ocess)技術(shù)杲利JI.：快速凝I川丿:亢接制備金屬材料坯料或半成品的一種先進(jìn)的成行技術(shù)，主燙山熔融金屬的氣體劣化、霧化熔演的沉積等連紋過(guò)桎組成阿該技術(shù)繪由英國(guó)的Singer教授發(fā)現(xiàn).并|tlOsprey介詞投入生產(chǎn)并制造了多種成套設(shè)備.獲得了傳統(tǒng)藝誘以得到的屈介金型材.反應(yīng)原理仙圖1.3所示該技術(shù)原殲是熔融金屈在玳圳內(nèi)經(jīng)將應(yīng)線圈加塊兼得然后熔融尿被霧化成很小液灑依養(yǎng)怖性氣體被島速氣流加I速.同時(shí)液滿和霧化氣體發(fā)牛反應(yīng).或咅在叢底y外加材料發(fā)牛反應(yīng)得到塊狀敘密的僉屈實(shí)體沉積杯.霧化液滴的過(guò)用部分液滴已經(jīng)散熱涼同，最終達(dá)到堆底需破丹晶休形核長(zhǎng)人形成快速談固，這樣一層發(fā)蓋一層得到最終產(chǎn)物。噴射沉

16、積技術(shù)可制備禹致密件能的半成品，彌補(bǔ)了鑄造技術(shù)的一些不足，止逐漸被*岡科研機(jī)構(gòu)所重視。Wang等人利用味射沉枳技術(shù)伙得了介侖通過(guò)觀察GpIX和時(shí)效碩化加I過(guò)程.得出結(jié)卑介時(shí)效溫度達(dá)120小時(shí),達(dá)到的頂峰吋效時(shí)同為16小時(shí)岡Li等人利用旋轉(zhuǎn)噴霧器制造大空坯材.這種噴霧器通過(guò)偏心擺動(dòng)券化過(guò)程通過(guò)交流電發(fā)動(dòng)機(jī)在7。范國(guó)內(nèi)變化找動(dòng).通過(guò)研定噴零器巾度范鬧和唏淋爪力竽參數(shù)得刊結(jié)果：相同表而質(zhì)卅的人邛坯材可以通過(guò)調(diào)節(jié)擺動(dòng)頻率、噴霧角度、偏心趴離利堆底傾斜角度來(lái)獲得，在確定的噴霧更離后,若爪力小P0.4XIPa時(shí)，仃效噴霧而枳材降低.衣而沉枳而枳也同樣降低.運(yùn)動(dòng)時(shí)間和凝同時(shí)間都延K的液滴將導(dǎo)致筑松的結(jié)構(gòu)和較

17、苗的級(jí)*性°'SI、力、擺功角度、偏心距離用1.3RSD技術(shù)原理鬧Fig.1.3RSDtechnologyprincipledlaamXD(exotiicni)icdispersion)技術(shù)上illBnipbncher等人發(fā)明的E利技術(shù).其氐理址席増!Wfl成分材料與金屬總材料按定比例混介.并冷壓或熱壓成3L把賅體加熱到髙于金屈乩體熔化的溫度.使地強(qiáng)郴份而媒發(fā)生放熱反應(yīng)生成所石的陶瓷相或金屈間化介物或砧須的原位丈介技術(shù)呦京TiB作為熠強(qiáng)相的反應(yīng)來(lái)說(shuō)：xTi+yAl-zB»(x-y-2b-z/2)Ti-+-bTijAl+(y-b)TiAl+(z/2)TiB2+熱漑是利

18、川了牛.成的TB陶瓷相竹為增加這三種乩體材料的增強(qiáng)相，這就是簡(jiǎn)單的XD技術(shù).來(lái)作為堆強(qiáng)相的種類(lèi)很多，像卅化物、磁化物、碳化物等，也可以利用反應(yīng)溫度控制匕成枷的顆粒大小，通過(guò)添加不同fid比的城強(qiáng)物來(lái)拎制反應(yīng)后得到的陶瓷產(chǎn)物的比例。II前該技術(shù)應(yīng)用范圍廣，Clien等人利用反應(yīng)燒幻i碳化硅技術(shù)生成復(fù)朵和奇粘度尺寸的陶瓷材料,把它用來(lái)制造碳化砒材質(zhì)復(fù)雜形狀的宇宙飛船燃燒軋他們利用模爪方法將Si和碳粉木莊制成電，在氮?dú)獗Ｗo(hù)的石墨電爐中燒結(jié)。結(jié)果表明E船燃燒空的庶化佛部件的強(qiáng)度根據(jù)Si的含訕耐變化.得出通過(guò)反應(yīng)繪結(jié)制造的匕船燃繪電適合1500度的I作環(huán)境血LMostafa等人利川數(shù)學(xué)模巾來(lái)描述反應(yīng)燒結(jié)氮化鐵.利用等溫物理嘅念，通過(guò)對(duì)比模型的預(yù)測(cè)和存不同實(shí)驗(yàn)條件下的實(shí)驗(yàn)散據(jù)，可以更好的理解氮化吋產(chǎn)十過(guò)程中結(jié)構(gòu)的改變，包括孔隙率和幾禪大小血133等