等离子喷涂

超音速电弧 HVAS 喷涂铝青铜涂层

杨 晖

陕西西安 710025 第二炮兵工程学院 501 室。

结合强度和硬度较高。摘要：采用光学显微镜、电子扫描显微镜研究超音速电弧喷涂铝青铜涂层的显微组织结构及喷涂粒子状态；采用拉伸试验和硬度计分别测试了涂层的结合强度与硬度。结果表明超音速电弧喷涂铝青铜涂层组织致密。

关键词：电弧喷涂；涂层；结合强度；显微硬度

High Veloc Arc Sprai HVAS Al-bronz Coatings

Yang Hui 等离子喷涂 等离子喷涂

The Second Artilleri Engineer College. China Xi'an Shannxi 710025.

Abstract The microstructur of HVAS sprai Al-bronz coat and the morpholog of the sprai particl were investig us Scan Electron Microscopi SEM and Optical Microscopi OM . The hard and the adh strength of the coat were measur us pull-off test and sclerometer. high adh strength and high hardnessrespectively. It wa found that HVAS Al-bronz coat yield a den microstructure..

Keywords: Arc spray; Coating; Adhesiv strength; Micro hardness

铝青铜是铝和铜的合金。铝青铜与其它青铜相比较。耐磨、耐蚀、耐热，具有较好的力学性能。而且无磁性。铝青铜涂层不但具有良好的耐磨、抗腐蚀性，而且还具有良好的抗微动磨损性能。因此，人们采用等离子喷涂、火焰喷涂、电弧喷涂工艺喷涂铝青铜粉末或丝材所获得的涂层作为软支承面，耐硬面磨损、抗气蚀的工作层，甚至为了提高其他涂层与钢、铸铁基体的结合强度，将铝青铜涂层作为电弧喷涂涂层的粘结底层。随着航天工业的迅速发展，热喷涂耐磨、隔热、封严等涂层在燃气涡轮发动机零件上 等离子喷涂 得到广泛应用。铝青铜涂层将作为抗微动磨损、防粘着磨损的涂层用于发动机零件、水泵叶轮、活塞、青铜铸件上。

1 试验设备和材料

等离子喷涂 采用第二炮兵工程学院研制的 SAS-1 型超音速电弧喷涂设备进行喷涂。喷涂材料为 Φ 3 mm 铝青铜焊丝 QA19-2 基体材料为 45 号钢。

采用 Micromet II 型硬度仪和 Instron1195 电子拉伸试验机对铝青铜涂层的结合强度进行了测试。喷涂条件为：喷涂电压 35 V 喷涂电流 120 A 喷涂距离 150 mm 雾化空气压力 0.7 MPa 通过 Neophot 大型光学显微镜、 S-2700 电子扫描显微镜对铝青铜涂层的组织结构和喷涂粒子进行了研究。

2 试验结果和分析 等离子喷涂

2.1 涂层组织结构分析

灰色为氧化物，黑色可能为孔隙。涂层组织较粗大，但很致密，涂层孔隙率为 2% 孔隙平均大小为 1.2 &mu, 白色部分为铝青铜。超音速电弧喷涂铝青铜涂层的光学显微组织。 3qJ0 北京联兴盛业印刷有限公司 ;m 一般火焰喷涂铝青铜涂层的光学显微组织，涂层组织较粗大，层状组织较明显，涂层与基体的界面结合很好，涂层孔隙率较高。铝青铜涂层在高倍放大下扫描，由电镜显微其组织，可以看到涂层组织均匀、致密，但部分颗粒之间存在有间隙、孔洞。超音速电弧喷涂铝青铜涂层与火焰喷涂涂层相比，显微组织更均匀、致密。

2.2 喷涂雾化颗粒粒度分析

为了进一步研究电弧喷涂组织结构比较致密的原因。把喷涂粒子喷入水中，正常喷涂条件下。收集烘干，扫描电子显微镜下观察喷涂雾化粒子的粒度及分布，铝青铜喷涂颗粒的平均粒度为 4.95 μ m 绝大多数为球状，少数为不规则形状。这表明，由于超音速电弧喷涂丝材在高温电弧熔化和高速气流雾化下，喷涂粒子细小，喷入水中后，喷涂粒子在很高的冷却速度下急冷后形成球状的颗粒。部分颗粒由于表面急速冷却凝固收缩，内部未能及时凝固而流出，造成颗粒表面有突起和塌陷。由此看来，超音速电弧喷涂中，丝材雾化后的喷涂颗粒比火焰喷涂用的喷涂粉末还要细小，熔化的小颗粒高速撞击基体表面就成为涂层致密的直接原因。 2.3 涂层性能测试

采用 Micromet II 型硬度仪对铝青铜涂层硬度进行 10 点测试。 Instron1195 电子拉伸试验机上对 5 个铝青铜涂层试样进行测试，载荷为 100 g 涂层平均硬度为 163 HV0.1 测量数据见表 1 拉伸试样采用 ASTMC633-79 标准。拉伸试样的平均结合强度为 24.7 MPa 测量数据见表 2

表 1 铝青铜涂层的硬度 HV0.1

涂层硬度 10 点测量值 平均硬度

154.146,159.141,150,148,187,183,173,阳光房,168 163

表 2 铝青铜涂层的结合强度 MPa 等离子喷涂

试样编号 1 2 3 4 5

结合强度 23.7 26.6 25.1 23.7 24.4

平均结合强度 24.7

粒子飞行速度快；颗粒温度高，粒子变形充分，涂层粒子之间结合紧密，局部呈现微熔合。涂层结合强度测试为界面断裂，涂层与基体的结合主要为机械结合。粒子之间的内聚强度大于涂层与基体之间的粘结强度。涂层硬度较高，主要因为涂层组织致密、孔隙少。用飞利浦 DX-4 能谱分析仪对涂层的成分分析结果为： 4.138 wt. ％ O 20.181 wt. ％ Al 1.316 wt. ％ Mn 1.612 wt. ％ Fe 72.708wt. ％ Cu 能谱分 等离子喷涂 析如图 1 所示。铝青铜加入少量的铁，能细化晶粒，延缓再结晶的过程，显著提高强度、硬度和耐磨性 , 雾化颗粒细小。超音速电弧喷涂铝青铜丝材。电地暖 加入少量的锰，能进一步改善合金的性能。同时涂层由于氧的出现，可以得出喷涂过程中喷涂丝材成分有部分被氧化和烧损。

图 1 超音速电弧喷涂铝青铜涂层的能谱分析

喷涂铝青铜层经磨床加工表面可达到镜面。铝青铜涂层具有较高的耐磨、耐蚀性。使用效果良好，采用喷涂铝青铜涂层成功修复了咸阳偏转厂的多套磨损的模具和有铸造缺陷的铝青铜铸件。受到用户的好评。

3 结论

超音速电弧喷涂铝青铜颗粒平均粒度为 4.95 μ m 绝大多数为球状。孔隙率为 2 ％，少数为不规则形状。铝青铜 等离子喷涂 涂层组织致密。涂层硬度为 163 HV0.1 结合强度为 24.7 MPa 参考文献

1997, 增刊。［１］ 刘会刚 . 等离子喷涂铝青铜涂层界面及结合机理的研究［Ｊ］ . 航空工艺技术。 190 57-61.

作者简介

杨晖。第二炮兵工程学 等离子喷涂 院副教授，男。从事表面工程工作，发表论文 31 篇。

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