粉煤灰活性氩弧熔覆Ni基氧化铝-二硼化钛复合涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于鹤极氣弧焊接技术领域，具体设及一种粉煤灰活性氣弧烙覆Ni基 Al2〇3-TiB2复合涂层及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 活性鹤极氣弧焊（简称A-TIG焊）技术是目前国内外焊接行业中发展迅速、应用 广泛的焊接技术，该技术几乎可W用于所有金属材料的焊接，并可获得高质量的焊接接头， 焊缝烙深可达到传统鹤极氣弧焊的2~3倍。目前，A-TIG焊己经广泛应用于航空航天、石油 化工、机械船舶和交通运输等领域。活性剂配方和焊接工艺研究是A-TIG焊的核屯、，但国内 外相关研究机构大都对活性剂的成分和配方进行专利保护，公开刊物很少报道，该直接导 致了 A-TIG焊活性剂价格高昂，从一定程度上限制了其在航空航天、军事和机械重工等领 域的应用。目前，国内外常用的活性剂材料主要有Si化、B203、Ti化、&2〇3、化C1、NaF和CaFs 等物质。而活性剂原料均采用分析纯级别的市售化学试剂，该在一定程度上提高了 A-TIG 焊的成本。
[0003] 活性氣弧烙覆是指将活性剂W某种添加方式与烙覆材料共同在氣弧焊热源作用 下烙化，在焊件表面获得具有某种特殊性能烙覆层的涂层制备方法。优良的烙覆手段期望 获得烙深浅、金属稀释率小的烙覆层，该样既可W保证烙覆层具有良好的结合能力，又能利 用较少的焊材获得所需要的烙覆层。因此，传统氣弧烙覆技术一般采用"小电流，低电压，薄 层多次"的烙覆方法制备烙覆层，但是该方法会导致烙覆层反复受热，过热倾向增加，同时 烙覆层内部产生严重的裂纹或剥离现象。因此，在保证一定的稀释率条件下减小过热倾向 是解决该问题的关键。
[0004] 活性焊接技术由于活性剂的引入可W在等热量输入条件下实现焊缝烙深大幅增 加，烙宽稍有收缩。换言之，在等稀释率条件下活性氣弧烙覆可W减少热输入，即降低了烙 覆层的过热倾向。同时，活性剂组分设计方案自由，也可W利用活性剂与烙覆材料发生反 应，形成新相，也会对烙覆层的组织和性能产生影响。活性氣弧烙覆技术实质上也是A-TIG 技术的进一步拓展。活性氣弧烙覆技术设备简单、机械化和自动化程度高、焊接成本低廉、 易于技术普及，适用于多种材质和形状复杂的矿山机械设备的表面防护和后续修复，可W 实现良好的单面焊双面成形功能，具有十分广阔的应用前景。
[0005] 氣弧烙覆技术也是表面烙覆技术的一种，即将合金粉末W某种方式涂覆于工件表 面，在氣弧焊热源作用下，电弧电离加热来烙化涂层材料，进而在焊件表面获得具有某种特 殊性能烙覆层的材料表面改性手段。氣弧烙覆所需要的能量来自于气体介质在放电过程中 所产生的电弧热，其本质是气体介质的电离。氣弧烙覆的热量集中，能量密度介于自由电弧 和压缩电弧之间，快速加热使局部融化后又W-定的冷却速度冷至常温。在A-TIG焊过程 中，氣气完全覆盖电弧和合金粉末，使电弧不受周围空气的影响，并避免了烙覆材料与周围 的氮、氧等发生反应，减少了烙池中合金元素的烧损和氧化，从而起到保护作用。
[0006] 目前，国外关于铁合金和不诱钢等材料氣弧烙覆陶瓷颗粒增强金属基烙覆层 的相关研究较多。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]采用氣弧烙覆技术在铁合金表面制备了 Ti-Al金属 间化合物烙覆层，烙覆层内部有TisAl和TiAl增强相颗粒生成，没有明显的气孔和夹杂 等缺陷，其显微硬度可超过 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 不诱钢表 面制备了氣弧烙覆WC涂层，其显微硬度值为950~1200HV，当生产率为1. 209mm/s、送粉速 率为0. 5g/s、热输入为13. 9kJ/cm时烙覆层的质量损失最小。而国内关于氣弧烙覆技术的 研究主要集中在铸铁表面氣弧重烙强化和低碳钢表面制备自烙性合金粉末烙覆层。烙覆材 料（填充材料）的选取及其与焊接母材的匹配性是氣弧烙覆技术的研究核屯、。而国内研究 的烙覆基体材料主要为铁基、钻基和镶基自烙性合金粉末，增强材料有碳化物、棚化物、娃 化物、氮化物等。增强材料W硬质颗粒形式弥散分布在烙覆基体材料内部，使其具有良好的 耐磨性、耐蚀性和化学稳定性。因此，控制增强颗粒的形成是提高氣弧烙覆层性能的关键因 素。
【发明内容】
[0007] 本发明提供了一种粉煤灰活性氣弧烙覆Ni基Al2〇3-TiB2复合涂层及其制备方法， 高侣粉煤灰为主要原料制备A-TIG焊复合活性剂，同时，将复合活性剂应用于氣弧烙覆工 艺，在Q235钢基体表面制备了活性氣弧烙覆Ni基Al2〇3-TiB2涂层，实现等量热输入条件下 增大焊缝烙深，并且改善材料表面硬度、耐磨和耐蚀性，提高机械零部件的使用寿命。
[000引本发明中采用的复合活性剂W高侣粉煤灰为主要原料，W Si化、B2化、Ti和La2化为 辅助活性剂成分，复合活性剂配方：
[0009] 在60%高侣粉煤灰+15.76%51〇2+8.88%82〇3+15.36%11的基础上，额外添加质 量百分含量为5% La2〇3,烙深和烙宽分别为5. 89mm和7. 85mm，深宽比为0. 7503。
[0010] 本发明制备氣弧烙覆Ni基Al2〇3-TiB2复合涂层的烙覆原料选取为：
[0011] 在60% Ni60A+16% AI2O3+24% (Al+Ti〇2%〇3)的基础上，再添加质量百分含量为 5%崎84〇7 ? 10&0,制备了活性氣弧烙覆层。其与基体之间呈冶金结合，界面无裂纹、气孔 和夹杂等缺陷。制备得到的活性氣弧烙覆层内的硬质相W Al2〇3、TiB2和化2B为主，活性烙 覆层内经原位反应还生成了 Si化、NisSi和Fei.yALSi相。<