粉煤灰活性氬弧熔覆Ni基氧化鋁-二硼化鈦復合涂層及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于鶴極氣弧焊接技術領域，具體設及一種粉煤灰活性氣弧烙覆Ni基 Al2〇3-TiB2復合涂層及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 活性鶴極氣弧焊（簡稱A-TIG焊）技術是目前國內外焊接行業中發展迅速、應用 廣泛的焊接技術，該技術幾乎可W用于所有金屬材料的焊接，并可獲得高質量的焊接接頭， 焊縫烙深可達到傳統鶴極氣弧焊的2~3倍。目前，A-TIG焊己經廣泛應用于航空航天、石油 化工、機械船舶和交通運輸等領域。活性劑配方和焊接工藝研究是A-TIG焊的核屯、，但國內 外相關研究機構大都對活性劑的成分和配方進行專利保護，公開刊物很少報道，該直接導 致了 A-TIG焊活性劑價格高昂，從一定程度上限制了其在航空航天、軍事和機械重工等領 域的應用。目前，國內外常用的活性劑材料主要有Si化、B203、Ti化、&2〇3、化C1、NaF和CaFs 等物質。而活性劑原料均采用分析純級別的市售化學試劑，該在一定程度上提高了 A-TIG 焊的成本。
[0003] 活性氣弧烙覆是指將活性劑W某種添加方式與烙覆材料共同在氣弧焊熱源作用 下烙化，在焊件表面獲得具有某種特殊性能烙覆層的涂層制備方法。優良的烙覆手段期望 獲得烙深淺、金屬稀釋率小的烙覆層，該樣既可W保證烙覆層具有良好的結合能力，又能利 用較少的焊材獲得所需要的烙覆層。因此，傳統氣弧烙覆技術一般采用"小電流，低電壓，薄 層多次"的烙覆方法制備烙覆層，但是該方法會導致烙覆層反復受熱，過熱傾向增加，同時 烙覆層內部產生嚴重的裂紋或剝離現象。因此，在保證一定的稀釋率條件下減小過熱傾向 是解決該問題的關鍵。
[0004] 活性焊接技術由于活性劑的引入可W在等熱量輸入條件下實現焊縫烙深大幅增 加，烙寬稍有收縮。換言之，在等稀釋率條件下活性氣弧烙覆可W減少熱輸入，即降低了烙 覆層的過熱傾向。同時，活性劑組分設計方案自由，也可W利用活性劑與烙覆材料發生反 應，形成新相，也會對烙覆層的組織和性能產生影響。活性氣弧烙覆技術實質上也是A-TIG 技術的進一步拓展。活性氣弧烙覆技術設備簡單、機械化和自動化程度高、焊接成本低廉、 易于技術普及，適用于多種材質和形狀復雜的礦山機械設備的表面防護和后續修復，可W 實現良好的單面焊雙面成形功能，具有十分廣闊的應用前景。
[0005] 氣弧烙覆技術也是表面烙覆技術的一種，即將合金粉末W某種方式涂覆于工件表 面，在氣弧焊熱源作用下，電弧電離加熱來烙化涂層材料，進而在焊件表面獲得具有某種特 殊性能烙覆層的材料表面改性手段。氣弧烙覆所需要的能量來自于氣體介質在放電過程中 所產生的電弧熱，其本質是氣體介質的電離。氣弧烙覆的熱量集中，能量密度介于自由電弧 和壓縮電弧之間，快速加熱使局部融化后又W-定的冷卻速度冷至常溫。在A-TIG焊過程 中，氣氣完全覆蓋電弧和合金粉末，使電弧不受周圍空氣的影響，并避免了烙覆材料與周圍 的氮、氧等發生反應，減少了烙池中合金元素的燒損和氧化，從而起到保護作用。
[0006] 目前，國外關于鐵合金和不誘鋼等材料氣弧烙覆陶瓷顆粒增強金屬基烙覆層 的相關研究較多。S. Mridha 等[S Mridha, H S Ong, L S 化h, et al. Intermetal lie coatings produced by TIG surface melting[J]. Jounal of Materials Processing Technology, 2001，113(1) :516-520]采用氣弧烙覆技術在鐵合金表面制備了 Ti-Al金屬 間化合物烙覆層，烙覆層內部有TisAl和TiAl增強相顆粒生成，沒有明顯的氣孔和夾雜 等缺陷，其顯微硬度可超過 500HV。Soner Bu}ftoz 等[Soner Buytoz,Mustafa 叫utan, M. Mustafa Yildirim. Dry sliding wear behavior of TIG welding clad WC composite coatings[J]. Applied Surface Science, 2005, 252 巧）：1313-1323]在 AISI4340 不誘鋼表 面制備了氣弧烙覆WC涂層，其顯微硬度值為950~1200HV，當生產率為1. 209mm/s、送粉速 率為0. 5g/s、熱輸入為13. 9kJ/cm時烙覆層的質量損失最小。而國內關于氣弧烙覆技術的 研究主要集中在鑄鐵表面氣弧重烙強化和低碳鋼表面制備自烙性合金粉末烙覆層。烙覆材 料（填充材料）的選取及其與焊接母材的匹配性是氣弧烙覆技術的研究核屯、。而國內研究 的烙覆基體材料主要為鐵基、鉆基和鑲基自烙性合金粉末，增強材料有碳化物、棚化物、娃 化物、氮化物等。增強材料W硬質顆粒形式彌散分布在烙覆基體材料內部，使其具有良好的 耐磨性、耐蝕性和化學穩定性。因此，控制增強顆粒的形成是提高氣弧烙覆層性能的關鍵因 素。

【發明內容】

[0007] 本發明提供了一種粉煤灰活性氣弧烙覆Ni基Al2〇3-TiB2復合涂層及其制備方法， 高侶粉煤灰為主要原料制備A-TIG焊復合活性劑，同時，將復合活性劑應用于氣弧烙覆工 藝，在Q235鋼基體表面制備了活性氣弧烙覆Ni基Al2〇3-TiB2涂層，實現等量熱輸入條件下 增大焊縫烙深，并且改善材料表面硬度、耐磨和耐蝕性，提高機械零部件的使用壽命。
[000引本發明中采用的復合活性劑W高侶粉煤灰為主要原料，W Si化、B2化、Ti和La2化為 輔助活性劑成分，復合活性劑配方：
[0009] 在60%高侶粉煤灰+15.76%51〇2+8.88%82〇3+15.36%11的基礎上，額外添加質 量百分含量為5% La2〇3,烙深和烙寬分別為5. 89mm和7. 85mm，深寬比為0. 7503。
[0010] 本發明制備氣弧烙覆Ni基Al2〇3-TiB2復合涂層的烙覆原料選取為：
[0011] 在60% Ni60A+16% AI2O3+24% (Al+Ti〇2%〇3)的基礎上，再添加質量百分含量為 5%崎84〇7 ? 10&0,制備了活性氣弧烙覆層。其與基體之間呈冶金結合，界面無裂紋、氣孔 和夾雜等缺陷。制備得到的活性氣弧烙覆層內的硬質相W Al2〇3、TiB2和化2B為主，活性烙 覆層內經原位反應還生成了 Si化、NisSi和Fei.yALSi相。<