等离子束表面冶金技术是采用等离子高能束流为热源在金属表面获得优异的耐磨、耐蚀、耐热、冶金结合的、低成本的涂层技术,它具有广阔的工业应用前景,巨大的经济效益和社会效益。 本文在理论分析和工矿现场应用相结合的基础上,设计出了A、B、C三种不同的适合等离子束表面冶金专用的Fe基合金粉末,采用同步送粉的方式,以高能等离子束作为加热源,得到了等离子束表面冶金Fe基涂层。 论文探讨了等离子束表面冶金Fe基合金冶金过程,该过程是一个快速非平衡结晶过程,随着等离子炬的移动,合金熔池的形成与凝固是同时进行的。合金粉末不断进入熔池内形成熔体而熔化;在熔池中,随着等离子束的移动,液态金属不断快速顺序凝固,因此可以将表面冶金过程看作一个分阶段、连续反应的过程。详细分析了等离子束表面冶金熔池的凝固机理、凝固特征及对凝固组织的影响。 应用金相显微镜、扫描电子显微镜、电子探针、X射线衍射等手段,详细研究了表面冶金层中的组织成分结构特征。等离子束表面冶金层底部属于典型的外延式平面晶组织;过渡到表面冶金层顶部是较规则的树枝状组织和等轴晶组织。表面冶金层组织中晶粒生长受结晶学各向异性影响。从与基体的结合界面到冶金层表面,涂层中的成分分布呈现不均匀的微观扰动。表面冶金区与基体之间则存在白亮带,它是以平面晶的生长形态沿热流方向生长出来的,白亮层的形成表明涂层与基体实现了良好的冶金结合。 在表面冶金层中,往往会出现各种缺陷,论文主要研究了气孔和裂纹两种缺陷的形成原因和形成机理。针对铁基涂层,论文还提出了等离子束表面冶金熔体粘度的概念,合金熔体的粘度直接影响着表面冶金层的表观质量和组织形态,因此可将合金熔体的粘度作为等离子束表面冶金粉末体系开发研制的判据之一。