（材料学专业论文）钨极气体保护电弧熔覆f102fe及204co合金涂层的研究.pdf

东北大学博士学位论文 摘要 钨极气体保护电弧熔覆f 1 0 2 f e 及2 0 4 c o 合金涂层的研究 摘要 采用钨极氩气保护电弧( 氩弧) 熔覆工艺分别在q 2 3 5 钢和2 0 号钢基体上制备 了f 1 0 2 f e 及2 0 4 c o 系合金涂层。f 1 0 2 f e 合金成分为：j 6 c r + 1 5 f e + 0 6 c + 4 5 s + 4 b + 余n i ；2 0 4 c o 系合金包括：2 0 4 c o ( 2 l c r + 1 5 w + 3 b + 余c o ) 及2 0 4 c o r e ( 2 1 c r + 15 w + 3 b + 0 4r e + 余c o ) ，质量分数。对f 1 0 2 f e 合金层测试了硬度、脆性、 耐蚀性以及耐磨性。系统研究了电极结构、熔覆方式对涂层冶金质量的影响：工艺、 组织与性能的关系；组成相、微观组织特征及组织的形成机理。对2 0 4 c o 系合金测 试了硬度、耐磨性及耐蚀性，同时与激光熔覆、火焰喷焊工艺作了比较。重点研究 了涂层的冶金过程；组织的形成机理：稀土的微合金化作用。研究中应用了d t a 、 x r d 、s e m 、t e m 、e p m a 等各种现代分析技术。 试验表明，用矩形结构的钨铈电极，采用适当的氩弧熔覆工艺可以在普通钢基 体上获得与激光熔覆相近的合金涂层。其熔宽比熔深对线能量的改变更为敏感，在 一定条件下增加线能量有利于获得扁平涂层。另外，熔覆方式明显影响涂层质量。 连续熔覆时，后熔覆层硬度低；搭接熔覆时，搭接处凹陷：合理的摆动熔覆可以获 得宽平、组织均匀细小的涂层。适当降低线能量有利于再熔覆层组织细化。 再熔覆层亚共晶的凝固机制均以外延方式为主。搭接熔覆时，外延部分为先熔 覆层中的二次枝晶：重叠熔覆时则是先熔覆层中的一次枝品。搭接区气孔的定向扩 展往往是导致涂层开裂的主要原因。 对f 1 0 2 f e 合金涂层研究表明，该合金层由tn i 、c r b 、n i 3 b 、c r 7 c 3 、c 【一f e 、 f e 3 c 、f e 2 b 和n i 3 s i 组成。其中，yn i 为基体相，c r b 和c r 7 c 3 为主要化合物。其 共品组织十分复杂，c r b 和c r 7 c 3 呈条状，c r b 与n i 3 s i 、c r b 与n i 3 b 间具有一定位 向关系，同时y n i 与c r b 和n i 3 b 组成共晶网。亚共晶组织相对简单，条状的c r b 及橄榄状状的f e 3 c 均分布在枝晶间。此外，在y n i 及c 【一f e 中还存在孪晶。增大电 流，合金组织由共晶向亚共晶方向发展，并且粗化，随之涂层的硬度、耐磨性及耐 蚀性均有所下降，在研究条件下，硬度变化区间为7 2 0 4 8 5h v 。均匀、细小、适中 比例枝晶组织的涂层具有良好的综合性能。 f 1 0 2 f e 合金层组织形成机理：加热条件决定了合金的组织特征。在研究条件下， 采用小电流加热时，已经长大但尚未熔尽的残留化合物在冷却过程中原位生长，并 在此基础上形成共晶，组织形态主要受原始化合物形态的制约。适当增加电流，化 合物相基本熔解，冷却时，枝晶与共晶相共生，组织形态依然受原始化合物的影响。 l l 东北大学博士学位论文 摘要 进一步增加电流，形成以枝晶相生长为主的细亚共晶，部分第二相在枝晶表面成膜、 生长，并发生颈缩。采用大电流加热时，化合物相熔解充分，形成近平衡转变的粗 亚共晶。相对而言，传统的结晶学理论比较适合后一种场合。 对氩弧熔覆2 0 4 c o 合金涂层的研究认为，该涂层的冶金过程是在热源作用下， 粉末中的硼及氧化硼与基体表面氧化物发生冶金反应生成低密度、高熔点硼酸盐使 基体表面活化，生成的夹杂物球化，聚集，上浮，促进气体析出，并捕获其它夹杂 物。当涂厚h = 0 4 5m m 、扫描速度v = l5 0m m m i n 、工作电流1 1 5 0a 时可以获得洁 净的涂层。 当h = 0 5m m 、v = 1 2 0m m m i n 、1 = 6 0a 时，在2 0 号钢基体上可以获得与激光熔 覆相近的合金涂层。其中，2 0 4 c o 台金层的组织分布由基体至表面依次为：平面晶 一胞状晶一胞状枝晶一树枝晶，为亚共晶，其硬度为9 1 8h v ；而2 0 4 c o r e 合金层 组织分布为：平面晶一胞状晶一胞状枝晶一树枝晶一胞状共晶，具有梯度组织特征， 其硬度可达1 1 7 6h v ，与前者相比提高2 8 1 ，耐磨性提高1 3 1 3 ，同时耐蚀性也明 显改善，但脆性有所增大。基体材料的稀释、r e 对一c o 生长的强烈阻碍以及电弧 加热定向凝固是导致2 0 4 c o r e 合余形成梯度组织的主要原因。 对组成相及微观组织研究表明：两种合金均包括一c o 、c 0 3 b 、c r b 、m 2 3 ( c ，b ) 6 、 w c 、c 0 3 w 及( c o ，c r ) 7 w 6 ，其扩散层为马氏体，在2 0 4 c o 合金层中，c 0 3 b 、m 2 3 c 6 相呈网络状及块状与一c o 组成共晶介于枝晶问，在2 0 4 c o r e 合余层中，其中间层 为条纹相间的复合共晶体，表层则由共格的c 0 3 w 和w c 组成。 钢基表层的结晶机制与工作电流有关。在熔透情况下，较小的电流使熔池中界 面前沿的熔点梯度和温度梯度增大，过冷区较窄，钢基表层以“平面外延”方式生 长：反之，则形成胞状结构。 氩弧熔覆层与激光熔覆层相比，一次枝晶短，无开裂，虽硬度略有下降，但塑 性好，对环境不敏感；与热喷焊层相比，两者硬度相当，但氩弧熔覆层组织致密、 细小，无显微裂纹，耐蚀性强。氩弧熔覆工艺灵活，可以重复修复，有待进一步研 究和发展。 关键词气体保护电弧熔覆；f 1 0 2 f e 合金；2 0 4 c o 合金；微观组织结构；性能 凝固机理；微合金化 1 1 1 东北大学博士学位论文 a b s 丁r a c t s t u d yo nf 10 2 f ea n d2 0 4 c oa l l o yc o a t i n g sb yt i gc l a d d i n g a b s t r a c t t h e c o a t i n g so ff 1 0 2 f ea n d2 0 4 c oa l l o ys e r i e sw e r ep r e p a r e do nq 2 3 5a n d2 0s t e e l s u b s t r a t e sb yt u n g s t e ni n t e rg a sc l a d d n g ( t i g c ) t h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o n ( m a s s ，) o f f 1 0 2 f ea l l o yi s1 6 c r ，1 5 f e ，o 6 c ，4 5 s i ，4 b ，a n dt h eb a l a n c ei sn i 2 0 4 c o a l l o ys e r i e si n c l u d e s2 0 4 c oa n d2 0 4 c o r ea l l o y s ，t h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o n ( m a s s ，) o f w h i c ha r e2 1 c r ，1 5 w ，3 b ，t h eb a l a n c ei sc o ，a n d2 1 c r , 15 w ，3 b ，o 4 r e ， t h eb a l a n c ei sc o ，r e s p e c t i v e l y t h eh a r d n e s s ，b r i t t l e n e s s ，w e a rr e s i s t a n c ea n dc o r r o s i o n r e s i s t a n c eo ft h ef10 2 f ea l l o yc o a t i n gw e r ee x a m i n e d t h es y s t e m a t i cs t u d yo nt h e f 10 2 f ea l l o yc o a t i n gi n c l u d e dt h ee f f e c t so ft h ee l e c t r o d es t r u c t u r ea n dc l a d d i n gm e a n s o nt h em e t a l l u r g i c a lq u a l i t yo ft h ec o a t i n g s ；t h er e l a t i o n sa m o n gt h et e c h n o l o g i c a l p a r a m e t e rm i c r o s t r u c t u r e sa n di n v e s t i g a t e dp r o p e r t i e so ft h ea l l o yc o a t i n g s ；t h ep h a s e s ， t h em i c r o s t r u c t u r a lf e a t u r e sa n df o r m a t i o nm e c h a n i s mo ft h em i c r o s t r u c t u r e s t h e h a r d n e s s ，w e a ra n dc o r r o s i o nr e s i s t a n c eo f2 0 4 c oa l l o ys e r i e sc o a t i n gw e r ei n v e s t i g a t e d ， a n dc o m p a r e dw i t ht h o s ep r e p a r e db yl a s e rc l a d d i n ga n df l a m es p r a yw e l d i n g t h es t u d y o nt h e2 0 4 c oa l l o ys e r i e sc o a t i n gw a sf o c u s e do nt h em e t a l l u r g yq u a i l t yo ft h ec o a t i n g ， t h ef o r m a t i o nm e c h a n i s mo ft h em l c r o s t r u e t u r e sa n dt h em i c r o a l l o y i n gm e c h a n i s mo f r a r e e a r t he l e m e n t sr ei nt h ea l l o y d i f f e r e n t i a lt h e r m a la n a l y s i s ( d t a ) ，x r a yd i f f r a c t i o n ( x r d ) ，s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y ( s e m ) ，t r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p y ( t e m ) a n de l e c t r o np r o b ex r a ym i c r o a n a l y z e r ( e p m a ) w e r eu s e d t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ea l l o yc o a t i n gc a nb ep r e p a r e do nc o m m o n s t e e ls u b s t r a t e sb yt i g ct h er e c t a n g u l a rt u n g s t e n c e r i u me l e c t r o d e s ，a n di ti ss i m i l a rt o t h a to ft h el a s e ra l l o y i n gl a y e r t h ew e l dw i d t hi sm o r es e n s i t i v et ot h el i n ee n e r g y a p p l i e dt h a nt h ew e l dp e n e t r a t i o nd e p t ha n di t i s u s e f u lt op r e p a r et h ef l a tc o a t i n gb y i n c r e a s i n gl i n ee n e r g yp r o p e r l yu n d e rt h eg i v e nc o n d i t i o n ，i na d d i t i o n ，t h ee f f e c to f c l a d d i n gm e a n so nt h ec o a t i n gq u a l i t yi sv e r ys i g n i f i c a n t u s i n gc o n t i n u o u sc l a d d i n g ，t h e m i c r o h a r d n e s so ft r a c kf o r m e do v e r l a p p i n gl a t e ri sl o w e rt h a nt h a to ft h ep r e v i o u so n e a n du s i n go v e r l a p p i n gc l a d d i n g ，t h ej o i n to ft r a c k si ss u n k t h ew i d ea n df l a tc o a t i n g w i t hf i n em i c r o s t r u c t u r ec a nb eo b t a i n e db ys w a y i n gc l a d d i n gp r o p e r l y i ti su s e f u lt o i v 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t r e f i n em i c r o s t r u c t u r eo ft h er e c l a d d i n gc o a t i n gb yd e c r e a s i n gl i n ee n e r g yp r o p e r l y t h eh y p o e u t e c t i cs o l i d i f i c a t i o nm e c h a n i s m sa l la r em a i n l ye p i t a x i a lg r o w t ha tt h e r e c l a d d i n gc o a t i n g o n ei s t h a tt h es e c o n d a r yd e n d r i t i c si nt h ef i r s tc l a d d i n gc o a t i n g g r o w si n t ot h ef i r s td e n d r i t e sb ye p i t a x i a lg r o w t hd u d n go v e r l a p p i n gc l a d d i n g t h eo t h e r i st h a tt h ed e n d r i t i c sg r o w sf r o mt h ed e n d r i t i c sd e b r i si nt h ef i r s tc l a d d i n gc o a t i n gl a y e r d u r i n gc l a d d i n gb yc l a d d i n g t h em a i nr e a s o n st h a tr e s u l ti nt h ec o a t i n gs h e a rc r a c k si s o f t e nd i r e c t i o n a ls p r e a do fp o r o s i t i e s t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ec o a t i n go ff10 2 f ea l l o yi n c l u d e s7 - n i ，c r 2 b n i 3 b ，c r 7 c 3 ，旺一f e ，f e 3 c ，f e 2 ba n dn i 3 s ip h a s e si nw h i c h3 - n ii st h em a t r i xp h a s e ，c r b a n dc r 7 c 3a r et h em a i na l l o yc o m p o u n d i nt h e s em u l t i p l e xe u t e c t i cs t r u c t u r e ，c r ba n d c r 7 c 3p h a s e sa l ls h o wi ns t r i ps h a p e ，t h e r ea r eo r i e n t a t i o nr e l a t i o n s h i p so fc r bw i t hn i 3 s i a n dn i 3 b ，t h e n , - n i ，c r ba n dn i 3 bp h a s e sf o r mn e t l i k ee u t e c t i c s t h es t r i ps h a p ec r b a n do l i v es h a p ef e 3 cm a i n l yd i s t r i b u t ea m o n gt h ed e n d r i t e si nt h es i m p l eh y p o e u t e c t i c s t r u c t u r ei na d d i t i o n ，t h e r ee x i s t st w i n n i n gc r y s t a lh y p o s t r u c t u r ei n7 - n ia n dg t - f ep h a s e s a sa p p l i e dc u r r e n ti s i n c r e a s e d ，m i c r o s t r u c t u r e sc h a n g ef r o me u t e c t i ct oh y p o e u t e c t i c s t r u c t u r e ，a n dt h em i c r o s t r u c t u r eg r o w s t h e nt h eh a r d n e s s ，w e a rr e s i s t a n c ea n dc o r r o s i o n r e s i s t a n c eo ft h ec o a t i n ga l ld e c r e a s e u n d e rt h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n ，t h eh a r d n e s so f t h ec o a t i n gd e c r e a s e sf r o m7 2 0h vt o4 8 5h vt h e c o a t i n gc o n t a i n i n gh o m o g e n e o u s ，f i n e a n dp r o p e rr a t i od e n d r i t e sm i c r o s t r u c t u r ed i s p l a y se x c e l l e n tc o m p r e h e n s i v ep r o p e r t i e s i th a sb e e ni b u n df r o ms t u d yo nf o r m a t i o nm e c h a n i s mo ft h ef10 2 f ea l l o yc o a t i n g m i c r o s t r u c t u r et h a ts o m er e s i d u a lc o m p o u n dc r y s t a l sg r o wi n s i t ud u r i n gt h ec o o l i n g p r o c e s sw h e nl o w e rl i n ee n e r g yo rl o w e rc u r r e n ti sa p p l i e dd u r i n gc l a d d i n g t h ee u t e c t i c s t r u c t u r eh a sb e e nf o r m e dh e r e t h eo r i g i n a lc o m p o u n ds h a p eh a sd e c i s i v ee f f e c to nt h e c o a t i n gm i c r o s t r u c t u r e w h e nt h el i n ee n e r g yw a si n c r e a s e dp r o p e r l y ，t h ec o m p o u n d s m e l t sb a s i c a l l y w h e nt h ee u t e c t i cs t r u c t u r ef o r m sd u r i n gc o o l i n gp r o c e s s ，t h ed e n d r i t e s p r e c i p i t a t e s c o m p o u n ds h a p ea f f e c t st h em i c r o s t r u c t u r eh e r e w h e nh i g h e rl i n ee n e r g yo r h i g h e rc u r r e n t w a sa p p l i e d ，t h ec o m p o u n dm e l t s c o m p l e t e l y t h ep r e c i p i t a t i o n o f d e n d r i t e si sd o m i n a n t t h e s ed e n d r i t e sa r es e c o n dp h a s ea n dg r o w sf r o mt h ee u t e c t i c s t r u c t u r e t h es e c o n dp h a s e sg r o w sc o m p e t i t i v e l ye a c ho t h e r ，t h e nn e c k s i ti si na c c o r d w i t ht h et r a d i t i o n a lc r y s t a l l o g r a p h yt h e o r y i th a sb e e nd e m o n s t r a t e df r o mt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t so f2 0 4 c oa l l o yc o a t i n gb y v 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t t i g ct h a tt h em e t a l l u r g i c a lp r o c e s so ft h ec o a t i n gi sb o r o na n db o r o no x i d ei nt h e p o w d e r sr e a c tw i t hm e t a lo x i d e o nt h es u r f a c eb e c a u s eo fh e a t i n g ，f o r m i n gab o r a t e c o m p o u n dw i t hh i g hm e l t i n gp o i n ta n d l o wd e n s i t y t h em a t r i xs u r f a c ei sa c t i v a t e d t h e g e n e r a t e di n c l u s i o n sa r es p h e r o i d i z e d ，g a t h e r sa n dr i s e s ，t h i ss p u r st h eg a st op r e c i p i t a t e i nt h em e l tp 0 0 1 t h ee n r i c h m e n to fg a sa c c e l e r a t e st h ei n c l u s i o nm o v i n gu p ，a n dc a p t u r e d o t h e ri n c l u s i o n s t h ep u r ec o a t i n gw i l lb eo b t a i n e dw h e nt h ec o a tt h i c k n e s s 爿2 0 4 5 m m 。 s c a n n i n gs p e e dv = 1 5 0 m m n f i n ，a p p l i e dc u r r e n t1 1 5 0 a w h e nt h ec o a tt h i c k n e s sh = 0 5 m m s c a n n i n gs p e e dv = 1 2 0 m m m i na n da p p l i e d c u r r e n t1 = 6 0a ，t h em e t a l l u r g i cc o a t i n gp r e p a r e do nt h e2 0s t e e ls u b s t r a t e sb yt i g ci s s i m i l a rt ot h a tb yl a s e r f r o mt h ej o i n tl a y e rt ot h es u r f a c e ，t h em i c r o s t r u c t u r e so ft h e 2 0 4 c oa l l o yc o a t i n ga r ea l lh y p o e u t e c t i c ：p l a n a rc r y s t a l ，c e l l u l a rc r y s t a l ，c e l l u l a rd e n d r i t e a n dd e n d r i t e ，t h em i c r o h a r d n e s si s918 h v w h e r e a s ，t h em i c r o s t r u c t u r e so f2 0 4 c o r e c o a t i n ga r ep l a n a rc r y s t a l ，c e l l u l a rc r y s t a l ，c e l l u l a rd e n d r i t e ，d e n d r i t ea n dc e l l u l a re u t e c t i c ， w h i c he x h i b i tg r a d i e n tc h a r a c t e r i s t i c ，a n dt h eh a r d n e s si s u pt o 117 6 h v ，w h i c hi s i n c r e a s e db y2 8 1 a sc o m p a r e dw i t ht h ef o r m e r , a n dw e a rr e s i s t a n c eb y13 3 ，a n d c o r r o s i o nr e s i s t a n c ei s i m p r o v e do b v i o u s l y b u tt h eb r i t t l e n e s si si n c r e a s e d t h em a i n r e a s o n st h a tr e s u l t e di nt h ef o r m a t i o no fg r a d i e n ts t r u c t u r eo ft h e2 0 4 c o r ea l l o ya r et h e m a t r i xm a t e r i a ld i l u t i o n ，t h eg r o w t ho fa c oh a m p e r e db yr eo b v i o u s l y , a n dt h e d i r e c t i o n a ls o l i d i f i c a t i o nf o rt h ea r ch e a t i n g i th a sb e e ns h o w nf r o mc o m p o n e n tp h a s ea n dm i c r o s t r u c t u r et h a tt h et w ok i n d so f c o a t i n gh a v et h es a m ec o m p o n e n tp h a s e si n c l u d i n g8 一c o ，c 0 3 b ，c r b ，m 2 3 ( c ，b ) 6 ，w c ， c 0 3 wa n d ( c o ，c r ) 7 w 6 t h em i c r o s t r u c t u r eo ft h ed i f f u s i o nl a y e ri sm a r t e n s i t e c 0 3 ba n d m 2 3 c 6p h a s e sa l le x h i b i tn e t l i k es h a p eo rm a s s i v e ，a n dt h e yf o r me u t e c t i cw i t h 一c o ， a p p e a r i n ga m o n gt h ed e n d r i t e si nt h e2 0 4 c oc o a t i n g i nt h e2 0 4 c o r ec o a t i n g ，t h em i d d l e r e g i o ni sf r i n g er e c o m b i n a t i o ne u t e c t i ci n t e r p h a s e ，a n dt h es u r f a c er e g i o na r ec o m p o s e d o fc 0 3 wa n dw c ，w h i c ha r ei nc o h e r e n tr e l a t i o n s t h ec r y s t a l l i z a t i o nm e c h a n i s mi nt h es t e e ls u r f a c ed e p e n d so nt h ea p p l i e dc u r r e n t ， w h e nc o m p o u n di sm e l t e dc o m p l e t e l y ，m e l t i n gp o i n tg r a d i e n ta n dt e m p e r a t u r eg r a d i e n to f t h ef r o n te d g ea r ei n c r e a s e db yl o w e rc u r r e n ti nt h em e l tp o o l ，a n ds u p e r c o o l i n gr e g i o ni s n a r r o w e d h e r ei tg r o w si np l a n a re p i t a x y ，o nt h ec o n t r a r y , i tf o r m sc e l ls t r u c t u r e t h ef i r s td e n d r i t e si nt h ec o a t i n gb yt i g ci ss h o r t e rw i t h o u tc r a c kt h a nt h a tb yt h e v 1 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t l a s e rc l a d d i n g a l t h o u g ht h eh a r d n e s sr e d u c e sl i g h t l y , t h ep l a s t i c i t yi m p r o v e s ，a n dt h e s e n s i t i v i t yo ft h ee n v i r o n m e n ti sp o o r c o m p a r e dw i t ht h ec o a t i n gb yt h ef l a m es p r a y w e l d i n g ，t h eh a r d n e s sa r ee q u a lt oe a c ho t h e r , b u tt h em i c r o s t r u c t u r eo ft h ec o a t i n gb y t i g ci sc o m p a c t ，f i n ea n dw i t h o u tm i c r o c r a c k t h ec o r r o s i o nr e s i s t a n c ei sb e t t e rt h a n t h a tb yt h ef l a m es p r a yw e l d i n g t h ep r o c e s si sf l e x i b l e ，t h ec o a t i n gb yt i g cc a nb e r e c o n d i t i o n e dr e p e a t e d l y i tn e e d st ob ef u r t h e rs t u d i e d k e yw o r d st i g c ；f 10 2 f ea l l o y ；2 0 4 c oa l l o y ；m i c r o s t r u c t u r e ；p e r f o r m a n c e ； s o l i d i f y i n gm e c h a n i s m ；m i c r o a l l o y i n g v l l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成 果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不 包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：尚面j q 拍 日期：i 护口g 。2 。汐 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定： 即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查 阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学博士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1研究背景 再制造工程是近几年来在机械制造业乃至军工企业迅速崛起的一个新兴领域。 是以优质、高效、节能、节材为目标的先进制造技术中的一部分。它可以充分利用 已开发的现有资源，使报废或濒临报废的设各零部件再生。从而极大地缓解能源、 资源日趋紧张的矛盾，同时满足人们对环境保护的要求，符合可持续发展和循环经 济发展的方向。 目前，国外许多大学都在进行再制造技术的教学和研究。美国罗切斯特理工学 院全国再制造和资源恢复中心专门从事这方面工作。田纳西大学无污染产品和技术 研究中心将进行汽车再制造技术研究。美国军队是目前世界上最大的再制造者，其 许多武器装备都是再利用的。德国商报1 9 9 9 年1 月文章称2 0 0 6 至2 0 0 7 年全球 将普及节能汽车，其中9 0 材料和部件可以再使用。在e t 本，人们更加重视产品再 生，已经提出“再生工厂技术”的概念。再制造所需能源为制造新品的2 0 6 0 ， 而价格是新品的4 0 6 0 1 1o 另有学者指出：2 1 世纪人类面临的最大问题是地球环 境问题，在设计上要从环境保护的角度选择材料，并有益于实现制造一使用回收 一再生循环，而再生的前提是新开发出使现有产品的再生技术【2 。在我国目前再制 造业主要还仅仅局限于家电、小型交通工具领域，尚未形成规模。改革开放以来至 今已有2 0 多年的历史，在这期间引进的设各大部分已接近有效寿命期，有些大型、 精密设备只凶关键部件磨损等失效，导致设备不能正常运转，特别是煤炭行业的机 械设备许多已接近或达到设计年限，如不及时修复、更换，损失将十分巨大。据不 完全资料统计，我国每年因磨损或腐蚀造成的直接或间接经济损失达1 5 0 0 亿元人民 币 4 1 。因此提倡再制造工程对我国意义十分深远。 1 2 再制造工程与表面涂覆技术 再制造：【程实际上是对因磨损、腐蚀、疲劳、断裂等诸多原因造成各种重要零 部件的局部失效部位，采用先进的表面工程等技术，优质、高效、低成本、少污染 地- 改复其尺寸，并改善其性能，使其再生的系统性技术工作 “。表面镀覆技术就是 其中的重要组成部分。应用先进、合理的镀覆工艺不仅可以使废旧部件再生，节约 资源，提高生产力，减少环境污染。其最大优势还能够以多种方法制备出优于基体 材料性能的功能涂层，其厚度一般仅为结构尺寸的几百分之一到几十分之一，致使 东北大学博士学位论文第一章绪论 零件具有比基体材料更高的耐磨性、耐蚀性及抗高温性能，因此获得显著的效益， 在表面工程领域中占有举足轻重的地位。 1 3表面镀覆技术的发展及研究现状 迄今为止，表面镀覆技术已由过去单一的电镀、喷涂、喷焊( 喷熔) 、堆焊等向 多元化方向发展。特别是近二十多年来，表面镀覆技术的发展速度十分惊人，人们 想尽办法，利用一切可以利用的能量( 如：热能、电能、光能、磁能、化学能等) 作为热源，通过材料的蒸发、冷凝、分解、合成、解离、还原、熔凝等方式在工件 表面获得希望的涂层，从而达到强化、防护、改性工件表面的目的【5 “。 目前，典型的镀覆技术主要包括电镀、化学镀、热浸镀、喷涂、喷焊、堆焊、 气相沉积( 包括p v d 和c v d ) 【1 1 12 1 、脉冲放电熔涂”l 和以激光熔覆为代表的高能 束( 三束：激光束、等离予束和电子束) 表面熔覆h _ 7 l 。近年来又发展了许多新型 表面镀覆技术，如氙光涂镀、感应熔涂【1 9 1 等以及多种工艺复合处理技术。这些技 术各有其特点，是社会进步的产物。 电镀的历史较长，十九世纪初起源于意大利，并以装饰为目的。它是通过电解 方法在固体表面上获得会属沉积层的过程。进入二十世纪初电镀主要用于表面防蚀， 到了中期才渐渐为表面强化服务。近三十多年来，随着现代工业和科学技术的进步， 电镀事业取得了很大发展，不断开发出新的工艺技术方法2 0 锄 。将传统电镀工艺与 近代激光技术结合形成的激光电镀，运用激光辐照提高金属沉积速度，其效率比无 激光照射的高1 0 0 0 倍。8 0 年代又出现一种激光喷射强化电镀的新技术，将激光强化 电镀技术与电镀液喷射结合起来，使激光和镀液同步射向阴极表面，使传质速度大 大超过激光照射所引起的微搅拌的速度，从而达到很高的沉积速度1 2 ”。在镀层结构 方面相继出现了复合镀、非晶镀、多层镀及各种功能电镀，并且取得了很好的应用【2 ”。 将电镀技术与扩散热处理技术相结合往往得到意想不到的效果。首先在c u 基体 上低温镀铁，制得o 3 m m 厚的预涂层，然后用埋伏法于9 0 0 。c 进行渗硼处理5 小时， 可以获得十分耐磨的复合涂层，其主要强化相f e 2 b 呈齿状将镀层牢牢地钉扎在基体 上1 2 6 1 。以此为契机，在c u 基体中加入硼化物形成元素( 如f e 、m n 等) ，组成c u m e 合金，应用内硼化技术获得了硼化物弥散增强的c u 基合金涂层【2 “。 马信清研究采用n i r e ；o 。复合电镀与扩散渗铝工艺相结合技术，在镍基高温合 金表面制备了稀土氧化物弥散增强( o d s ) b n i a l 高温合金涂层，取得良好效果 2 ”。 此外，在槽镀的基础上人们又研究了电刷镀。近年来，人们在应用电刷镀技术制备 纳米涂层方面做了许多工作2 9 州 。目前，电刷镀已在我国得到普遍应用。 一2 一 东北大学博士学位论文第一章绪论 激光加工设备价格昂贵，配套设旋复杂，一次性投资大，维修费用和生产成本 高，特别是能源利用率极低，仅为1 0 - - 15 1 3 0 l 。目前，在国