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MaterialsEffectsofSprayingParametersontheMicrostructureandPropertiesofNov.2001
30ProtectionMicro-PlasmaSpayingNiCrBSiCoatingVol.34No.11

喷涂工艺参数对NiCrBSi涂层显微组织和性能的影响

西安交通大学机械工程学院(710049)孙波李长久白勇峰

[摘要]采用微束等离子喷涂系统制备了NiCrBSi涂层。研究了电弧功率、喷涂距离和等离子气体流量对涂层显微
组织和性能的影响。试验结果表明,NiCrBSi涂层的致密程度与显微硬度随电弧功率和气体流量的增加而增加。当喷涂距
离超过40mm时,喷涂距离对涂层显微硬度没有显著影响。采用微束等离子喷涂工艺制备的NiCrBSi涂层显微硬度可达

HV0.2700。
[关键词]微束等离子喷涂;镍基自熔合金;涂层
[中图分类号]TG174.44[文献标识码]A[文章编号]1001-1560(2001)11-0030-02

1前言发散角小于10°,距喷嘴出口40mm处,沉积束斑直径可以控制在
5mm以内。
自从等离子电弧应用于热喷涂领域,等离子喷涂系统的功
率已从最初的20kW级增加到80kW级,目前最高达200kW级,
可以制备各种材料的涂层。在实际应用中,喷涂功率通常在40
kW级左右,束流沉积直径在10～20mm,可以满足大多数使用要
求。但是在喷涂窄条状或小面积零件时,粉末的利用率较低;喷
涂薄壁件时,高功率的等离子焰流还会导致基体过热,使零件发
生变形。开发低功率的微束等离子喷涂系统为解决这些问题提
供了有效的途径。图1典型微束等离子束流
与传统高功率等离子喷涂工艺相比,微束等离子喷涂具有图2为在氩气流量41L/min与喷涂距离40mm条件下,电流
功耗低、射流为层流状态、焰流发散角小、工作噪音低等优点。采分别为40A和80A时制备的NiCrBSi涂层的显微组织。
用低功率微束等离子喷涂工艺,可以制备多种金属和合金涂层,
但是微束等离子喷涂主要工艺参数对涂层显微组织和性能的影
响尚未见报道。为了阐明微束等离子喷涂特性,采用微束等离子
喷涂系统制备了镍基自熔合金涂层,系统地研究了电弧功率、气
体流量和喷涂距离对涂层显微组织和性能的影响。

2试验方法和材料(a)40A(b)80A
图2电流对涂层显微组织的影响
喷涂设备采用西安交通大学研制的微束等离子喷涂系统,可以看出,与80A下制备的涂层相比,当电流为40A时,气
喷枪为型。本系统采用作为等离子气体及送粉气工
MP201Ar,孔率较高,显然在沉积过程中,大部分粒子没有充分扁平化。随
作电流为～工作电压约为。
2080A,35V着电流的增加,电弧热输入增加,粒子的熔化状况得到改善,涂层
试验采用成分为的镍基自熔
:Ni216.8Cr213.4Fe25.55Si21.45B致密程度也随之增加。
合金(Ni60),粉末粒度为38～45μm。
图3是电弧电流对NiCrBSi涂层显微硬度的影响。显微硬度
采用光学显微镜观察了涂层断面显微组织。用HV25型小
随着电流的增加而增加。这主要是因为随着电弧功率的增加,粒
负荷硬度计测试了涂层显微硬度,测试条件为200g加载20s,在
涂层断面上随机测试10点取平均值作为硬度指标。依据ASTM
C633279标准测试了涂层与基体结合强度。

3结果和讨论

311电流(功率)对涂层组织及显微硬度的影响

图1为典型的微束等离子射流。测量表明:层流状态的射流

[收稿日期]2001-07-02
图3电流对涂层显微硬度的影响

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材料保护喷涂工艺参数对涂层显微组织和性能的影响200111
NiCrBSi第34卷第11期31

子熔化效果改善,使涂层致密程度和粒子间结合强度得到了改距离的增加,粒子熔化状况得到改善,涂层致密程度增加。但是

善(见图2)。当电流为80A时,涂层显微硬度为HV0.2780,与用喷涂距离过长将导致粒子温度和速度的降低,涂层致密程度及
传统等离子喷涂工艺制备的涂层的显微硬度相当。粒子间结合性能下降。对本微束等离子喷涂系统(见图4b),喷
涂距离为时得到的涂层致密程度最好。
312气体流量对涂层组织及显微硬度的影响40mm
喷涂距离对涂层显微硬度的影响见图7,喷涂距离为20～
图4为在电流为60A,喷涂距离为40mm条件下,不同气体
40mm时,涂层显微硬度随距离的增加有所降低,而当喷涂距离
流量时制备的涂层的显微组织。
超过40mm时,距离对显微硬度没有明显的影响。

(a)33L·min-1(b)41L·min