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哈尔滨理工大学实验报告专业：班级：学号：姓名：洛氏硬度计1）选择压头及载荷。
2）根据试样大小和形状选用载物台。
3）将试样上下两面磨平．然后置于载物台上。
4）加预载。
按顺时针方向转动升降机构的手轮，使试样与压头接触．并观察读数百分表上小针移动至小红点为止。
5）调整读数表盘，使百分表盘上的长针对准硬度值的起点。
如试验HRC、HRA硬度时，把长针与表盘上黑字C处对准。
试验HRB时，使长针与表盘上红字B处对准。
6）加主载。
平稳地扳动加载手柄。
7）卸主载。
扳回加戴手柄至原来位置。
8）读硬度值。
表上长针指示的数字为硬度的读数。
HRC、HRA读黑数字。
HRB读红线数子。
9）下降载物台。
当试样完全离开压头后，才可取下试样。
10）用同样的方法在试样的不同位置测三个数据，取其算术平均值为试样的硬度。
维氏硬度1）选择合适载荷。
2）根据试样大小和形状选用载物台。
3）将试样上下两面磨平．然后置于载物台上。
4）将10×物镜转至正前方，旋转升降手轮，使试面离物镜下端面月8mm，再缓慢转动升降手轮，并在目镜中观察，直至看清试样表面的加工痕迹。
5）按下START由试验机自动完成加载—保持—卸载实验过程。
6）用测微计测量压痕对角线长度，计算硬度值。
布氏硬度1）选择合适压头、载荷及保持时间。
2）根据试样大小和形状选用载物台。
3）将试样上下两面磨平．然后置于载物台上。
4）将2×物镜转至正前方，缓慢转动升降手轮，并在目镜中观察，直至看清试样表面的加工痕迹。
5）按下“实验”由试验机自动完成加载—保持—卸载实验过程。
6）用测微计测量压痕对角线长度，计算硬度值。
焊接中的等离子喷涂焊技术等离子喷涂焊技术在焊接工业中已经被广泛使用，该技术凭借其高效、高质和低成本的特点受到越来越多生产工艺先进、焊接工艺复杂的领域的重视。
本文将从等离子喷涂焊技术的实质、适用范围、优缺点与应用前景几个方面进行论述。
一、等离子喷涂焊技术的实质等离子喷涂焊技术是一种将喷涂技术和焊接技术相结合的新型加工方式。
因为等离子喷涂涂层的物理和化学特性，能够在涂层表面形成一定的结构和化学成份，这意味着在涂层表面形成一定结构以后，等离子朝向涂层、与涂层的化学成份会被改变；在涂层与基础材料的结合面形成巨大的热梯度，在高温度下能够促进结合，最终涂层与基础材料之间得以非常牢固地结合。
等离子喷涂焊技术的实质可归纳为：一方面，等离子喷涂技术受喷涂颗粒的特性影响，如粒径、结构、形状等等，是将合适的各种粉末涂料通过各种压力、气流、导体、电弧等瞬间喷涂到需要加工的部位以形成目标涂层；另一方面，则是通过等离子泄漏作用对焊接部位结合表面进行预处理，即在基础金属材料和涂层之间提高结合能力，从而提高焊接部分的强度和硬度。
二、等离子喷涂焊技术的适用范围等离子喷涂焊技术适用于各种金属材料（包括低碳钢、不锈钢、高温合金、镍基合金、铝合金、钛合金等），且无论是金属之间、金属与陶瓷、复合材料之间都能实现焊接；该焊接方式还适用于各种加工工件，包括等离子喷涂后焊接、涂层与材料间的热处理、切割和预加工等等。
三、等离子喷涂焊技术的优缺点1. 优点：（1）等离子喷涂是一种非接触式的加工方式，不会带来加工表面的变形、拉动和拉伸等等，因此适用于各种加工表面形状的加工；（2）等离子喷涂焊接技术能够满足高速焊接的要求，它能够基本保持焊接部分的形状、大小和几何无变形；（3）等离子喷涂焊接过程比传统焊接工艺更为稳定和高效，能够有效提高生产效率；（4）等离子喷涂技术喷涂过程中不会产生削减或磨损等现象；（5）等离子喷涂焊接技术制作的工件表面硬度高，具有很好的抗磨损性。
等离子体喷涂实验一、实验目的等离子喷涂是材料表面工程领域中应用非常广泛的一项技术，通过实验使学生加深对课堂教学内容的理解，培养学生思考问题解决问题和提高实际动手能力。
要求学生熟悉和掌握等离子喷涂方法、喷涂工艺流程及喷涂设备的工作原理，使学生熟悉和掌握电弧喷涂的方法及设备的使用。
二、实验内容正确对喷涂前的金属基材进行处理，用6轴机器人配合变位机控制喷枪运行，观察等离子喷涂过程，分析喷涂参数对等离子喷涂过程及涂层的影响。
三、实验要点1、喷涂前粉末要进行烘干，一般在100℃以上烘干1小时左右；2、喷砂时要先打开喷砂机的电源，然后再开压缩空气，喷砂枪与试样表面不小于60度，以免砂粒嵌入试样表面；3、装粉末和送粉测试时一定要有口罩防护；4、调试程序时一定不要进入机器手臂的作业半径，以免受伤；5、等离子喷涂枪点燃前一定要注意操作间大门已经关闭，各项措施到位；6、等离子喷涂过程中及喷涂完毕后要严格按照控制柜上的操作流程进行，并小心弧光辐射。
四、实验装置1、空气压缩机系统一套2、冷却系统（水冷机）一套3、抽风系统一套4、Metco 9MB大气等离子喷涂设备（主要包括六轴机器人、喷枪、控制柜、送粉器、配电柜）一套5、喷砂机一套6、喷涂试件若干五、实验步骤1、等离子喷涂工艺流程2、实验流程1选择实验材料：试验选用粒度为200-325目（44-74 μm）的Al2O3-TiO2粉末；2确定喷涂参数：根据粉末类型及粒度选择合适的喷涂参数；3基体表面清洗：用丙酮或酒精清洗基体表面油污；4基体表面粗化：对基体表面进行喷砂处理；5粉末进送粉器: 将事先准备好的粉末装进送粉器中；6调试喷涂程序：将处理好的试样装在夹具上，调试机器人程序，准备喷涂；7等离子喷涂：先用等离子枪预热基体，然后送粉，喷涂。
8涂层后处理：一般包括精加工、重熔、封孔处理等。
9 涂层性能测试：一般包括结合强度、孔隙率、硬度、抗热震性能、耐磨性等。
六、实验原理1、等离子喷涂设备的工作原理等离子弧喷涂是利用非转移等离子弧作为热源，把难熔的金属或非金属粉末材料送入弧中快速熔化，并以极高的速度将其喷散成极细的颗粒撞击到工件表面上，从而形成一很薄的具有特殊性能的涂层。
铸钢件内孔等离子弧喷焊修复技术吴斌;李稳;马国;谢会;信若飞;王大伟【摘要】材料为ZG310-570的铸钢件因承受冲击载荷的频繁作用导致其内孔磨损失效,是该类铸钢件最主要的失效形式.利用粉末等离子弧喷焊技术对铸钢件受损内孔进行修复,并利用火花直读光谱仪、金相显微镜、布氏硬度计、冲击试验机和扫描电子显微镜分别对喷焊层外观质量、显微组织和力学性能进行分析.分析结果表明,采用粉末等离子弧喷焊修复方法使铸钢件内孔尺寸得到恢复;喷焊层与基体为冶金结合,结合线清晰;喷焊层的硬度值为267.5 HBW,优于基体材料的180.2 HBW,修复后的内孔冲击吸收功为15.40 J,满足技术要求;喷焊层的断口存在大量撕裂,说明喷焊层具有一定的冲击韧性.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2016(046)003【总页数】5页(P143-147)【关键词】等离子弧喷焊;显微组织;硬度;冲击韧性【作者】吴斌;李稳;马国;谢会;信若飞;王大伟【作者单位】徐工集团江苏徐州工程机械研究院,江苏徐州221004;徐工集团江苏徐州工程机械研究院,江苏徐州221004;徐工集团江苏徐州工程机械研究院,江苏徐州221004;徐工集团江苏徐州工程机械研究院,江苏徐州221004;徐州重型机械有限公司,江苏徐州221004;徐州徐工施维英机械有限公司,江苏徐州221004【正文语种】中文【中图分类】TG456.2等离子弧喷焊是利用压缩等离子弧产生的高温熔化金属粉末，在工件表面形成一层与基体冶金结合的、具有特定性能熔覆层的表面堆焊技术[1]。
等离子弧喷焊技术具有合金材料消耗少、能喷焊各种合金粉末材料、稀释率低、熔敷率高、易于实现自动化等优点，广泛应用于石油、化工、机械、水电、矿山等存在严重磨损的工况[2-4]。
材料为ZG310-570的铸钢件由于服役环境恶劣并承受较高的冲击载荷，工作一段时间后铸钢件内孔常因磨损而造成失效，从而影响该铸钢件的正常使用。
等离子喷涂涂层结合强度正交试验工艺(DOC 41页)江苏科技大学本科毕业设计（论文）学院：材料科学与工程学院专业：金属材料工程学生姓名：学号：指导教师:二〇一二年六月江苏科技大学本科毕业论文高强铜合金的表面等离子喷涂工艺及强化研究High-strength Copper Alloy Surface Plasma Spraying Process and Strengthen Research江苏科技大学毕业设计（论文）任务书一、江苏科技大学本科毕业设计（论文）摘要水平连铸是现代各大钢（管）厂生产各类型钢的主要方法，结晶器铜合金内套是水平连铸设备中最为关键的易耗部件。
在使用过程中由于铜套表面直接与1475～1570℃的高温钢液接触，内表面工作条件极其恶劣，易产生多种形式的失效，失效的主要形式是产生热裂纹、磨损、剥落、划伤和腐蚀等。
为了提高结晶器铜合金内套的使用寿命，主要从提高铜合金内套的材料质量及其表面强化、表面改性二个方面进行了大量研究工作。
本文对材料CuCo2Be内套合金进行热处理工艺优化试验及对铜合金内套进行表面改性—电弧喷涂强化工艺试验。
研究结果表明：(1) 新制备的CuCo2Be合金经950℃×1.5h固溶+460℃×1h时效可获得较佳的综合性能。
此工艺条件下合金的室温布氏硬度为HB277.44，导电率e达到54.48 %IACS；(2) 以涂层与基体的结合强度为指标，通过正交分析法，对各种喷涂参数的控制，通过极差和元素位极图得出最优组参数为功率22 kw、送粉速率15 g·min-1、喷涂距离为90 mm、主气流量56.6 L·min-1，得到的涂层与基体最大结合强度为43.6MPa ；(3) 利用SEM、EDS分析测试手段，研究了断口形貌和涂层的组织结构，结果表明涂层与基体间的结合方式为微冶金结合。
关键词：等离子喷涂；NiCr-Cr3C2涂层；结合强度；正交试验IAbstractHorizontal continuous casting is the main method of billet produced for the modern big steel (tube) factories as well as copper alloy mould is the most critical consumable parts of horizontal continuous casting equipment. In the course of usage, the inner surface of the copper alloy mould is working on very poor conditions, it contacts directly with 1475~1570℃high temperature liquid steel, which is very easy to produce various forms of failure. The main forms of the failure are generating heat crack, wear, peeling, scratching, corrosion and so on, in order to improve the life of copper alloy mould. This paper mainly studying on heat treatment of CuCo2Be alloy and Surface modification－arc spraying strengthening process of copper alloy mould on the basis of comprehensively analyzing the form of failure and the mechanism for the copper alloy mould. The results are shown as follows:(1) Comprehensive performance of CuCo2Be alloy can be acquired after solution treatment of 950℃×1.5h+460℃×1h aging. At this condition, hardness is HB277.44, conductivity reaches 54.48%IACS;(2) As an indicator of the bonding strength of the coating and the substrate, by orthogonal analysis, the control of various spray parameters, a very poor and the Elemental Figure derived the optimal set ofparameters for the power of 22 kw, powder feeding rate of 15g·min-1, the spray distance of 90 mm, the main gas flow 56.6 L ·min-1, the coating and the substrate bond strength 43.6MPa;(3) Testing means of SEM、EDS analysis to study the fracture morphology and the organizational structure of the coating, the results indicate that the binding mode between the coating and thesubstrate for the micro-metallurgical combine.Keywords：plasma spraying；Cr3C2-NiCr coating；bonding strength；orthogonal test目录第一章绪论 (1)1.1前言 (1)1.2铜及铜合金的应用现状及发展趋势 (1)1.3 热处理强化工艺 (2)1.4 热喷涂强化工艺 (4)1.5等离子喷涂强化 (5)1.5.1等离子喷涂工作原理及典型设备 (5)1.5.2等离子喷涂技术特点及涂层应用 (6)1.5.3等离子喷涂涂层存在的缺陷 (8)1.5.4等离子喷涂技术发展趋势 (8)1.6 论文意义 (9)1.7论文研究内容 (10)第二章试验内容与试验方法 (11)2.1 试验材料 (11)2.1.1 基体材料 (11)2.1.2 喷涂粉末材料 (11)2.2 试验药品及设备 (12)2.2.1试验药品 (12)2.2.2 试验设备 (12)2.3 试验内容 (14)2.3.1 铜合金的熔炼与浇铸 (14)2.3.2 铸态组织与性能分析研究 (14)2.3.3 锻态组织与性能分析研究 (14)2.3.4 固溶处理试验 (14)2.3.5时效处理试验 (15)2.3.6等离子喷涂工艺试验 (15)2.4 材料的组织形貌分析 (18)2.5 性能测试 (19)2.5.1 硬度 (19)2.5.2 导电率 (19)2.5.3 拉伸强度 (19)第三章实验结果与分析 (23)3.1 热处理工艺对CuCo2Be合金组织性能的影响 (23)3.1.1 合金的铸态组织与性能 (23)3.1.2 合金的锻态组织与性能 (24)3.1.3 合金固溶组织与性能 (25)3.1.4合金时效组织与性能 (26)3.2等离子喷涂工艺参数正交试验结果与分析 (28)3.2.1 Cr3C2-NiCr涂层正交试验结果及分析......................... 错误!未定义书签。
等离子熔覆镍基合金及复合材料涂层的组织与性能研究发布时间：2023-06-02T03:49:23.873Z 来源：《科技潮》2023年8期作者：虞扬[导读] 熔覆层的组织及性能取决于所采用的熔覆材料。
目前常用的熔覆材料是与基体具有较好润湿性的Fe基、Ni基和Co基等自熔合金粉末。
河北省邯郸市永年区海翔机械厂 057150摘要：利用等离子表面熔覆工艺，在钢基表面获得了与基体呈冶金结合的镍基合金涂层、镍基+镍包碳化钨等涂层。
利用光学电镜、扫描电镜以及能谱分析了上述涂层的组织及成分；采用维氏硬度计测定了涂层的维氏硬度；并比较了上述几种涂层的磨损性能。
关键词：等离子熔覆；镍基合金；组织与性能；镍包碳化钨；等离子熔覆技术是以等离子弧为热源，采用同步送粉方式，在基体材料表面获得一层均匀致密、结合牢固的特殊保护涂层，实现涂层与金属基体的冶金结合，具有表面冶金层厚、呈冶金结合、成分可调范围大、不需要前处理、效率高、成本低、冶金层质量好等优点，适合于处理一些既耐冲击又需要耐磨耐腐蚀的金属零件，是一种极有发展前途的金属表面改性处理新技术。
本文利用等离子熔覆技术，在钢基表面等离子冶金镍基合金粉末以及镍基+镍包碳化钨，得到与基体呈冶金结合状态的表面冶金涂层，并对上述涂层进行组织、性能分析。
1熔覆层材料熔覆层的组织及性能取决于所采用的熔覆材料。
目前常用的熔覆材料是与基体具有较好润湿性的Fe基、Ni基和Co基等自熔合金粉末。
在冲击和磨粒磨损严重的工况条件下，自熔合金已不能满足使用要求，于是研究者采取在自熔性合金粉末中添加陶瓷材料，制备以陶瓷颗粒为增强相的金属基复合熔覆层及梯度涂层。
利用等离子弧的高温，通过熔覆材料中各元素或化合物之间的化学反应形成陶瓷增强相，可以获得“原位合成”陶瓷材料增强的金属熔覆层。
Fe基合金粉末综合性能良好、价格低廉，并且铁基熔覆层与大多数成形工件基体成分接近，具有良好的结合性。
熔覆层的组织由平面晶、胞状晶、树枝晶、等轴晶、共晶体、大块碳、硼化合物等组成，等离子熔覆层的主要相为M23C6、Fe2B、γ-Fe（Me）等，熔覆层的显微硬度是基体硬度的3~4倍。
2 试验部分
2.1试验材料
1. 喷焊基体材料：尺寸为100 mm×100 mm×16 mm的低碳钢。
2. 合金粉末：Hoganas公司生产的Co基合金粉末( HMSP2541 )，颗粒度53~120 µm，
具体化学成分如下表2.1。
表2.1 HMSP2541Co基合金粉末的化学成分（质量百分比，%）
合金成分 C Mo Cr Ni Si Fe HMSP2541 1.4 1 29.5 3 1.45 3 3. Cr3C2粉末：粒度为80~180 µm。
2.2试验方法
2.2.1 焊前准备
为确保喷焊工艺和质量的稳定性，在喷焊试验之前需对基体进行去污处理。
具体方法为：将钢板用清水冲洗并吹干，然后用120 #金相砂纸打磨平滑，最后用丙酮除去表面油污，吹干备用。
2.2.2 混合喷涂粉末制备
使用机械混合法在Co基合金粉末中添加Cr3C2 粉末，Cr3C2 的质量分数( 质量分数，wt% )分别为5 %、10 %和20 %。
2.2.3 焊接工艺
试验采用PTA-400E3-HB型等离子弧喷焊机进行喷焊，在开始喷焊前，先按下摆动和行走按钮，对试样进行居中校直，然后按试验确定的工艺参数进行等离子弧喷焊。
具体工艺参数见表2.2。
每次喷焊均采用经过优化的工艺参数，以保证试验具有可比性。
表2.2 等离子喷焊工艺参数
转弧电压(V) 转弧
电流
(A)
送粉量
(g/min)
行走
速度
(mm/min)
摆动
宽度
(mm)
摆频
(Hz)
离子气
(m3/h)
送粉气
(m3/h)
保护气
(m3/h)
43~45 232~237 50 54 26 26 0.40 0.3 0.70
2.3 喷焊层组织结构分析和性能测试
2.3.1 试样的制备
为防止切割时发热对喷焊层的影响，采用电火花切割方式切割金相试样和XRD 试样。
为了真实反应喷焊层的实际情况，在切割时，将引弧和收弧部分去除，选取中间部位。
2.3.2 XRD相结构分析
用线切割将喷焊层从基材上切下，用自来水和丙酮溶液依次洗净涂层上的油污，吹干后经砂轮打磨，保证所剩部分均为喷焊层。
然后再用自来水和丙酮溶液清洗并吹干。
将洗净并吹干的合金层用JW-1型固体粉碎机碾磨成粒度约为185 μm的细粉末。
X射线衍射（XRD）是在D8advance型多晶X衍射仪上进行的。
X射线衍射采用Cukα靶材，用Ni作为滤光器，加速电压50 kV，电流150 mA，衍射角范围为30o~100o，采用步进扫描，每步停留1 s，步长为0.02°。
根据所得衍射数据，作出衍射图谱，并利用X射线衍射数据库查出衍射峰所对应的物相，以确定合金喷焊层的物相组成。
2.3.3 显微组织分析
切割后的喷焊试样的剖面在砂轮机上进行打磨，直到平整为止。
再用砂纸对喷焊面进行细磨，依次选用100#、200#、400#、600#、800#砂纸，直至观察面看不到划痕。
最后在抛光机上用粒度为2.5 μm的人造金刚石抛光膏进行抛光，抛光时先把抛光布浸湿，并把抛光膏均匀地涂抹在抛光布的中央，在抛光过程中还需要不断喷水，而且抛光时间不宜过长。
抛光后的试样及时用清水冲洗，用湿棉花擦掉抛光面残留的水迹，经酒精冲洗后再用吹风机吹干。
用棉花蘸取王水（HNO3：HCl＝1：3）均匀擦拭制备好的喷焊层的剖面数秒左右，腐蚀好的试样迅速在流动清水下冲洗，用酒精冲掉表面水迹，用吹风机吹干。
利用金相显微镜和扫描电子显微镜进行金相组织观察，并用扫描电镜附件（能谱仪EDS）进行微区成分分析。
2.3.4 硬度试验
用维氏硬度计对试样进行显微硬度测试，硬度试样为沿喷焊层的横截面截取试样，将截取的试样按照金相观察试样的方法制备。
显微硬度的测量是在HV-1000显微硬度计上测得的。
在试样上自熔合线向近表面均匀取几个点，注意取点时的距离保持不变，测试其硬度。
计算显微硬度是用所测得的菱形压痕的对角线的长度，取其平均值来来计算其大小。
实验时的加载力为9.8 N，持续时间为20 s。
根据
GB/T4340.1-1999金属维氏硬度值表转化，可以求得所测部位的显微硬度。
也可以用如下公式对维氏硬度值进行计算。
HV=1854000×1÷(a+b/4)2 ，(a ，b 为菱形对角线的长度，为实验所记录的
数据) 2.3.5 扫描试验
做扫描试验的试样可以和拍金相照片的用同一组。
如同照金相照片一样，分别对试样的近熔合区层、中间区和近表面区做放大1000倍、2000倍和5000倍的SEM 图。
2.3.6 纳米压痕试验
纳米压痕试样要求上下面要平整，并且要保持两个试样是相同的高度，以便进行纳米压痕时，同一个槽内可以对两个试样进行测试，从而提高测试的效率。
纳米硬度的测量在Nailo Indenter XP 型纳米压痕仪上进行。
其位移分辨率小于0.01 nm ，载荷分辨率小于50 nN 。
采用三棱锥形金刚石压头，预设最大载荷为500 pN ，探头的最大压深为500 nm ，Poisson 比取值为0.25。
允许热漂移速率为0.05 nm/s ，且在计算目标晶粒的力学数据前利用纳米压痕仪附带的处理软件除去热漂移效应的贡献。
图2.1为Co 基合金喷焊层的载荷-位移曲线。
可以看出，在300 mN 的载荷下，压头发生的位移约为1350 nm 。
采取连续韧度测量技术( CSM )得到连续载荷下目标组织的纳米压痕硬度–位移曲线，通过对纳米压痕硬度–位移曲线的分析获得目标组织的硬度。
L o a d O n S a m p l e (m N )
Displacement Into Surface (nm)
图2.1 Co 基合金的载荷-位移曲线。
