1、江蘇科技大學(xué)本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）學(xué) 院： 材料科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè)： 金屬材料工程學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師: 二一二年六月江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)論文高強(qiáng)銅合金的表面等離子噴涂工藝及強(qiáng)化研究High-strength Copper Alloy Surface Plasma Spraying Process and Strengthen Research江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)院名稱：材料科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè)： 金屬材料工程學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： X X 職 稱： 講 師 2012年 3月

2、 1日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：高強(qiáng)銅合金的表面等離子噴涂強(qiáng)化及其界面研究1.課程性質(zhì)（請(qǐng)?jiān)谙鄳?yīng)的選項(xiàng)上打勾）縱向課題已簽約的橫向課題未簽約的橫向課題實(shí)驗(yàn)室建設(shè)課題模擬性課題學(xué)生自選人文課題2.課題類型（請(qǐng)?jiān)谙鄳?yīng)的選項(xiàng)上打勾）工程設(shè)計(jì)（實(shí)踐）理論研究實(shí)驗(yàn)研究計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)綜合 一、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、達(dá)到的指標(biāo)和應(yīng)做的實(shí)驗(yàn)等）1、提供條件箱式熱處理爐，布氏硬度計(jì)，導(dǎo)電率測(cè)試儀，金相顯微鏡、3710型等離子噴涂系統(tǒng)等。2、內(nèi)容及要求內(nèi) 容：（1）鍛態(tài)組織與性能分析研究；（2）固溶處理試驗(yàn)；（3）研究合金的時(shí)效溫度、時(shí)間對(duì)合金組織與性能的影響；（4）選擇最佳的熱處理工

3、藝對(duì)CuCo2Be進(jìn)行強(qiáng)化，并對(duì)其進(jìn)行等離子噴涂實(shí)驗(yàn)，并對(duì)界面進(jìn)行研究。要 求： （1）確定合金的最佳固溶、失效處理工藝參數(shù)； （2）研究時(shí)效溫度、時(shí)間對(duì)合金組織和性能的影響關(guān)系； （3）制定合理的等離子噴涂工藝參數(shù)并進(jìn)行等離子噴涂試驗(yàn)； （4）畢業(yè)設(shè)計(jì)論文嚴(yán)格按照科技論文規(guī)范。二、完成后應(yīng)交的作業(yè)（包括各種說明書、圖紙等） 1、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一份（不少于1.5萬(wàn)字）；2、譯文1篇（不少于5000英文字符，并附原文）； 3、畢業(yè)設(shè)計(jì)電子文稿，參考文獻(xiàn)。三、完成日期及進(jìn)度自2012年 2月27日起至 2012年6月4日止進(jìn)度安排：1、文獻(xiàn)檢索與閱讀； 2012.2.272012.3.9（2周）2、

4、設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)； 2012.3.122012.5.15（9.5周）3、撰寫論文； 2012.5.162012.5.25（1.5周）4、論文評(píng)閱與答辯； 2012.5.282012.6.4（1周）四、主要參考資料（包括書刊名稱、出版年月等）: 1、鄒莉. 等離子噴涂技術(shù)及其應(yīng)用J. 昆明冶金高等專科學(xué)校學(xué)報(bào), 2005, (5): 21-24.2、周慶生. 等離子噴涂技術(shù)及其在機(jī)床維修中的應(yīng)用J. 制造技術(shù)與機(jī)床, 1980, (2): 39-42.3、閻洪. 金屬表面處理新技術(shù)M. 北京：冶金工業(yè)出版社, 1996.4、王慶娟, 徐長(zhǎng)征, 鄭茂盛等. 高強(qiáng)高導(dǎo)電銅合金的研究現(xiàn)狀J. 西安建筑科技大

5、學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2006, 38(5): 732.5、Szablewski J, Haimant R. Heat-mechanical treatment for copper alloyJ. Materials Science and Technology, 1985(1):1053-1059.6、謝春生, 翟啟明, 徐文清等. 高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金強(qiáng)化理論的研究與應(yīng)用發(fā)展J. 金屬熱處理, 2007, 32(1): 15-16.7、馮端. 金屬物理學(xué)(第一卷)M. 北京: 科學(xué)出版社. 1987: 154.8、劉和法, 謝春生等. 大型導(dǎo)電結(jié)構(gòu)專用材料-CuNiTiBe合金J. 華

6、東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào). 1994, 8(4): 94-98.9、范大楠. 高導(dǎo)電鈹青銅及其組織性能研究D. 天津: 天津大學(xué)碩士論文. 1985: 5.10、TsengA A, Lin FH, Gunderia A S, et al. Roll cooling and its relationship to roll life J. Metallurgical Transactions, 1989, 20A(11): 2305-2320. 系（教研室）主任： （簽字） 2012 年 月 日 學(xué)院（系）領(lǐng)導(dǎo)： （簽字） 2012 年 月 日摘 要水平連鑄是現(xiàn)代各大鋼（管）廠生產(chǎn)各類型鋼的主要方法，

7、結(jié)晶器銅合金內(nèi)套是水平連鑄設(shè)備中最為關(guān)鍵的易耗部件。在使用過程中由于銅套表面直接與14751570的高溫鋼液接觸，內(nèi)表面工作條件極其惡劣，易產(chǎn)生多種形式的失效，失效的主要形式是產(chǎn)生熱裂紋、磨損、剝落、劃傷和腐蝕等。為了提高結(jié)晶器銅合金內(nèi)套的使用壽命，主要從提高銅合金內(nèi)套的材料質(zhì)量及其表面強(qiáng)化、表面改性二個(gè)方面進(jìn)行了大量研究工作。本文對(duì)材料CuCo2Be內(nèi)套合金進(jìn)行熱處理工藝優(yōu)化試驗(yàn)及對(duì)銅合金內(nèi)套進(jìn)行表面改性電弧噴涂強(qiáng)化工藝試驗(yàn)。研究結(jié)果表明：(1) 新制備的CuCo2Be合金經(jīng)950×1.5h固溶+460×1h時(shí)效可獲得較佳的綜合性能。此工藝條件下合金的室溫布氏硬度為HB2

8、77.44，導(dǎo)電率達(dá)到54.48%IACS； (2) 以涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度為指標(biāo)，通過正交分析法，對(duì)各種噴涂參數(shù)的控制，通過極差和元素位極圖得出最優(yōu)組參數(shù)為功率22 kw、送粉速率15 g·min-1、噴涂距離為90 mm、主氣流量56.6 L·min-1，得到的涂層與基體最大結(jié)合強(qiáng)度為43.6MPa ； (3) 利用SEM、EDS分析測(cè)試手段，研究了斷口形貌和涂層的組織結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明涂層與基體間的結(jié)合方式為微冶金結(jié)合。關(guān)鍵詞：等離子噴涂；NiCr-Cr3C2涂層；結(jié)合強(qiáng)度；正交試驗(yàn)AbstractHorizontal continuous casting is the

9、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

10、 directly with 14751570 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 he

11、at treatment of CuCo2Be alloy and Surface modificationarc 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 c

12、an 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 contr

13、ol of various spray parameters, a very poor and the Elemental Figure derived the optimal set of parameters for the power of 22 kw, powder feeding rate of 15g·min-1, the spray distance&#

14、160;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

15、 the coating, the results indicate that the binding mode between the coating and the substrate for the micro-metallurgical combine.Keywords：plasma spraying；Cr3C2-NiCr coating；bonding strength；orthogonal test目 錄第一章 緒 論11.1前言11.2銅及銅合金的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11.3 熱處理強(qiáng)化工藝21.4 熱

16、噴涂強(qiáng)化工藝41.5等離子噴涂強(qiáng)化51.5.1等離子噴涂工作原理及典型設(shè)備51.5.2等離子噴涂技術(shù)特點(diǎn)及涂層應(yīng)用61.5.3等離子噴涂涂層存在的缺陷81.5.4等離子噴涂技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)81.6 論文意義91.7 論文研究?jī)?nèi)容10第二章 試驗(yàn)內(nèi)容與試驗(yàn)方法112.1 試驗(yàn)材料112.1.1 基體材料112.1.2 噴涂粉末材料112.2 試驗(yàn)藥品及設(shè)備122.2.1 試驗(yàn)藥品122.2.2 試驗(yàn)設(shè)備122.3 試驗(yàn)內(nèi)容132.3.1 銅合金的熔煉與澆鑄132.3.2 鑄態(tài)組織與性能分析研究132.3.3 鍛態(tài)組織與性能分析研究142.3.4 固溶處理試驗(yàn)142.3.5時(shí)效處理試驗(yàn)142.3.6等

17、離子噴涂工藝試驗(yàn)152.4 材料的組織形貌分析182.5 性能測(cè)試182.5.1 硬度182.5.2 導(dǎo)電率182.5.3 拉伸強(qiáng)度19第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析233.1 熱處理工藝對(duì)CuCo2Be合金組織性能的影響233.1.1 合金的鑄態(tài)組織與性能233.1.2 合金的鍛態(tài)組織與性能233.1.3 合金固溶組織與性能243.1.4 合金時(shí)效組織與性能263.2 等離子噴涂工藝參數(shù)正交試驗(yàn)結(jié)果與分析273.2.1 Cr3C2-NiCr涂層正交試驗(yàn)結(jié)果及分析273.2.2 Cr3C2-NiCr涂層正交試驗(yàn)因素主次分析303.3 Cr3C2-NiCr涂層和界面微觀組織結(jié)構(gòu)303.4 涂層顯微硬度分

18、析32結(jié) 論34致 謝35參考文獻(xiàn)36第一章 緒 論1.1前言銅既是一個(gè)古老的金屬，又是一個(gè)具有應(yīng)用前景的現(xiàn)代工程材料。銅合金具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、成形性及塑性; 具有很好的耐蝕性能。這些特點(diǎn)是其它材料所不能同時(shí)具備的。因此，銅合金廣泛應(yīng)用于電力、電工、礦山、冶金業(yè)及機(jī)械制造業(yè)等，特別是對(duì)同時(shí)要求耐磨性、耐蝕性、導(dǎo)熱或?qū)щ姷牧慵哂胁豢商娲淖饔谩ｋS著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)材料和設(shè)備以及機(jī)械零部件的使用性能要求也越來(lái)越高。于是人們?cè)谏a(chǎn)過程中，在普通基體材料的表面上，制造一個(gè)特殊的工作表面，使其達(dá)到防腐、耐磨、抗氧化等一系列多種功能，使其達(dá)到節(jié)約材料，節(jié)約能源的目的1。等離子噴涂是利用

19、等離子射流將噴鍍材料加熱到熔化或接近熔化狀態(tài)，噴附在制品表面上形成保護(hù)層的方法2。等離子噴涂工藝是于基體材料基礎(chǔ)上的表面強(qiáng)化和表面改性的技術(shù)，可以使基體表面具有耐磨、耐蝕、耐高溫氧化和密封等性能。等離子噴涂工藝的發(fā)展可以充分改善材料的表面性能。1.2銅及銅合金的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)銅和銅合金的發(fā)展和應(yīng)用有著悠久的歷史，隨著人們物質(zhì)文化生活的提高和信息時(shí)代的到來(lái)，銅及銅合金成為人類工作和生活的中重要的基礎(chǔ)材料。由于具有高導(dǎo)熱、耐磨損、耐腐蝕、可電鍍等特性，銅和銅合金的應(yīng)用非常廣泛，在人類生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中有著巨大的作用。銅及銅合金具有許多優(yōu)良的特性，銅以合金化種類多和化合物的形式多被人們所利用

20、，也被深深地應(yīng)用到了生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面，成為人類在21世紀(jì)飛速發(fā)展的一個(gè)不可缺少的重要金屬。銅合金的這些特點(diǎn)不是其它材料能夠同時(shí)具備的，特別是對(duì)某些同時(shí)要求耐磨、耐蝕、導(dǎo)熱或?qū)щ娦阅艿牧慵遣豢商娲摹Ｔ谶B鑄結(jié)晶器、高爐風(fēng)口、轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭、等離子加熱噴嘴等零部件中經(jīng)常使用，其一面與高溫液體或氣體介質(zhì)直接接觸，另一面與水或氣體等冷卻介質(zhì)直接接觸，是極其惡劣的工作條件。銅合金同樣存在一些缺點(diǎn)，比如銅合金的耐熱性和耐磨性能較差，在工程應(yīng)用中往往需要先進(jìn)行表面強(qiáng)化處理，從而達(dá)到減少磨損的目的，以達(dá)到提高零件的使用時(shí)間的效果，提高經(jīng)濟(jì)效益。近年來(lái)，由于熱噴涂技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，使得基體材料在耐磨損

21、、耐腐蝕和絕緣性等方面性能都有了很大的改善。因此目前，包括航空、航天、原子能設(shè)備等尖端技術(shù)在內(nèi)的所有領(lǐng)域內(nèi)都有廣泛的應(yīng)用3。1.3 熱處理強(qiáng)化工藝(1) 形變強(qiáng)化形變強(qiáng)化，即加工硬化，是典型的四種金屬?gòu)?qiáng)化方式之一，隨著塑性變形量的增加，金屬流變強(qiáng)度也增加，這種現(xiàn)象稱為形變強(qiáng)化或加工硬化。在金屬形變的過程中，當(dāng)外力超過屈服強(qiáng)度后，要將塑性變形過程進(jìn)行下去必須要不斷的增加外力，在真實(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線上表現(xiàn)為曲線的不斷上升。當(dāng)使材料用溫度過高時(shí)，材料將發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶過程而產(chǎn)生軟化的現(xiàn)象，而且單一的形變強(qiáng)化對(duì)合金強(qiáng)度的提高是有限的，所以經(jīng)常和其它強(qiáng)化方式一起使用。(2) 析出強(qiáng)化金屬在過飽和固溶體中

22、溶質(zhì)原子偏聚區(qū)和（或）由之脫溶出微粒彌散分布于基體中而產(chǎn)生硬化的一種熱處理工藝。室溫下，當(dāng)基體中加入固溶度很低的元素后，經(jīng)高溫固溶后，會(huì)形成過飽和固溶體，晶格嚴(yán)重變形，強(qiáng)度得到明顯改善。常用的析出強(qiáng)化元素有Ni、Si、Cr、Zr、Be等。時(shí)效處理后，合金元素會(huì)從基體中快速析出，形成彌散細(xì)小的沉淀相，有效阻礙晶界和位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，因固溶原子引起的晶格畸變對(duì)電子的散射作用比第二相對(duì)電子的散射作用大的多，故時(shí)效后強(qiáng)度提高，而導(dǎo)電性又恢復(fù)到較高水平。(3) 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化的主要機(jī)理是溶質(zhì)原子溶解在銅基體的應(yīng)力場(chǎng)和彈性應(yīng)力場(chǎng)的周圍，這種作用所產(chǎn)生的晶格畸變是形成的固溶體的晶格畸變的主要機(jī)制，這種作用阻礙了

23、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)從而使材料得到強(qiáng)化。合金元素對(duì)銅合金的強(qiáng)化作用主要取決于溶質(zhì)原子與銅原子的尺寸差別以及溶質(zhì)元素在銅中的濃度，而對(duì)導(dǎo)電率的影響則與固溶元素的種類和數(shù)量有關(guān)4。固溶強(qiáng)化的程度主要取決于兩個(gè)因素，首先是原始的原子和添加的原子之間的尺寸差別，尺寸差別越大，原始晶體結(jié)構(gòu)受到的影響就越大，位錯(cuò)滑移就更加困難；其次是合金元素的量，隨著合金元素加入量的增加，強(qiáng)化效果越來(lái)越明顯。(4) 冷變形+時(shí)效強(qiáng)化冷變形+時(shí)效強(qiáng)化是目前對(duì)高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅的研究與開發(fā)合金較為常用的方法。J.Szablewki5等人認(rèn)為固溶和時(shí)效處理時(shí)所產(chǎn)生的冷變形提高了合金的電阻率，降低了合金的電阻溫度系數(shù)，在時(shí)效過程中促進(jìn)了固溶體

24、的分解，時(shí)效性能也受到變形量的影響。在受到外力作用時(shí)，晶粒形狀的變化會(huì)隨著工件形狀的變化而變化。當(dāng)工件的形狀被拉長(zhǎng)或壓扁時(shí)，其內(nèi)部晶粒的形狀也會(huì)隨之被拉長(zhǎng)或壓扁，導(dǎo)致晶格產(chǎn)生畸變現(xiàn)象，使金屬進(jìn)一步滑移的阻力增大，導(dǎo)致金屬的強(qiáng)度和硬度顯著提高，塑性和韌性下降，即產(chǎn)生所謂“變形強(qiáng)化”現(xiàn)象,叫做冷變形強(qiáng)化。鑄錠熱機(jī)械處理法對(duì)時(shí)效強(qiáng)化型銅合金能對(duì)合金的強(qiáng)度和導(dǎo)電率能產(chǎn)生較好的效果。但用于制造高強(qiáng)度高導(dǎo)電性結(jié)構(gòu)件的銅合金鑄錠直接進(jìn)行固溶處理，雖然塑性提高了，但單靠冷變形成形，變形量大，變形抗力大，特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜件，成形困難6。銅合金固溶處理后經(jīng)過冷變形+時(shí)效處理后的強(qiáng)化效果好，主要是由于合金經(jīng)過強(qiáng)烈地冷

25、變形后晶體內(nèi)部產(chǎn)生位錯(cuò)、層錯(cuò)、空位，晶界、亞晶界等晶體缺陷增多，合金內(nèi)能增高。在時(shí)效過程中，這些在冷變形過程中形成的大量晶體缺陷成為第二相形核的核心，第二相析出快，且分布更加彌散、細(xì)小，釘扎位錯(cuò)，使位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)更加困難，并延緩合金回復(fù)和再結(jié)晶的過程，使合金的強(qiáng)度、硬度升高，隨著第二相的彌散析出，合金的過飽和度下降，晶格畸變得到恢復(fù)，合金導(dǎo)電率也顯著提高。（5）細(xì)晶強(qiáng)化通過細(xì)化晶粒方法改善金屬材料力學(xué)性能的方法稱為細(xì)晶強(qiáng)化，工業(yè)上常通過細(xì)化晶粒的方法來(lái)提高材料的強(qiáng)度。金屬通常是由許多晶粒組成的多晶體，晶粒的大小可以表示為單位體積內(nèi)晶粒的數(shù)目的多少，晶粒數(shù)目越多，晶粒就越細(xì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在室溫條件

26、下，細(xì)晶粒金屬比粗晶粒金屬具有更高的強(qiáng)度和硬度以及塑韌性。這是因?yàn)橥獠堪l(fā)生塑性變形的細(xì)粒可以在更多的晶粒內(nèi)進(jìn)行，塑性變形較均勻，應(yīng)力集中較小；此外，晶粒越細(xì)，晶界面積越大，晶界越曲折，越不利于裂紋的擴(kuò)散。所以工業(yè)上常通過細(xì)化晶粒的方法用來(lái)提高材料強(qiáng)度。細(xì)晶強(qiáng)化的效果可以用Hall-Petch7關(guān)系式表示， （1-1）（1 -1）式中：為材料的屈服強(qiáng)度；和是兩個(gè)與材料有關(guān)的常數(shù)；為晶粒的平均直徑。從式中可以看出，晶粒尺寸減小的同時(shí)合金的強(qiáng)度提高。這是因?yàn)槎嗑w在受力變形過程中，晶界位錯(cuò)阻止晶界表面的堆積，這樣留在晶界處的滑移帶會(huì)在位錯(cuò)塞積群的頂部產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象；位錯(cuò)塞積群可以與外加應(yīng)力發(fā)生作用

27、，當(dāng)應(yīng)力足夠大使鄰近晶粒內(nèi)部的位錯(cuò)源產(chǎn)生滑動(dòng)時(shí)，滑移帶才可以從一個(gè)晶粒傳到下一個(gè)晶粒。由于晶界及相鄰晶粒取向不同，這就阻礙了位錯(cuò)從一個(gè)晶粒向另一個(gè)晶粒的運(yùn)動(dòng)，晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)的晶界體積就越大，對(duì)位錯(cuò)的阻力作用就越大，材料的強(qiáng)度就越高。由于結(jié)晶取向?qū)w的傳導(dǎo)性能無(wú)影響，晶粒細(xì)化僅使晶界增多，因而對(duì)銅的導(dǎo)電性能影響很小。此外細(xì)晶強(qiáng)化在提高材料強(qiáng)度的同時(shí)還可以提高材料的塑性。（6）合金強(qiáng)化在金屬中加入合金元素，是提高合金強(qiáng)度的有效和常用方法。合金元素可以以多種形式存在于才材料基體中：在固溶體中以溶質(zhì)原子方式無(wú)序分布，與溶劑原子組成有序結(jié)構(gòu)，形成與基體不同的彌散質(zhì)點(diǎn)，并形成尺寸相當(dāng)大的復(fù)相混合物

28、等；阻礙作用對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的影響是合金獲得高強(qiáng)度的直接原因。合金元素通過改變基體點(diǎn)陣類型，也能使基體晶粒細(xì)化，增大基體的淬透性，間接地提高合金的強(qiáng)度。有文獻(xiàn)報(bào)道，在Cu-Be，Cu-Ni-Be合金中加入微量Ti可細(xì)化組織，提高銅合金的強(qiáng)度8,9，在Cu-Cr、Cu-Cr-Zr合金中加入0.05wt%0.10wt%的稀土銥、鑭、鈰等元素可以顯著提高銅合金的強(qiáng)度和導(dǎo)電率10-12。1.4 熱噴涂強(qiáng)化工藝熱噴涂技術(shù)是表面工程中的一個(gè)重要組成部分，在表面工程技術(shù)中有著重要的地位。它是以火焰、電弧或等離子體等作為熱源，將線狀材料或粉末狀材料加熱至熔融或半融化狀態(tài)，加速形成熔滴并高速打在基體材料上形成涂層。涂

29、層具有耐磨損、耐腐蝕、耐高溫和絕緣等優(yōu)異性能，并且能夠?qū)δp、腐蝕或加工過程中引起的零件尺寸誤差進(jìn)行修復(fù)。熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用主要包括：長(zhǎng)效防腐、機(jī)械修理及先進(jìn)制造技術(shù)、模具制作和修復(fù)、制造特殊的功能涂層等四個(gè)方面。目前，熱噴涂技術(shù)已廣泛應(yīng)用于幾乎所有工業(yè)領(lǐng)域以及家庭用品（如不粘鍋、紅外線保健電熱器等）。熱噴涂技術(shù)是材料表面強(qiáng)化與保護(hù)的重要技術(shù)，利用熱噴涂技術(shù)制備耐磨涂層已經(jīng)成為主要的研究方向，以防止機(jī)械和設(shè)備零部件等發(fā)生故障，并提高其使用壽命。熱噴涂以熱源形式可分為四大類：火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂和特種噴涂。 （1）火焰噴涂火焰噴涂技術(shù)可以分為粉末火焰噴涂技術(shù)和絲材火焰噴涂技術(shù)兩種，其中在

30、制備隔熱涂層的研究中多以粉末噴涂為主。噴涂中通常使用乙炔和氧氣的混合氣組合來(lái)提供熱量，也可以使用丙二炔(MPS)、甲基乙炔、丙烷、氫氣或天然氣等。火焰噴嘴通過引入乙炔和氧氣，二者混合后產(chǎn)生燃燒火焰。噴槍上設(shè)有粉斗或進(jìn)粉管，利用空氣產(chǎn)生負(fù)壓吸粉，使粉末隨著氣流進(jìn)入火焰，粉末在火焰處被加熱熔化或軟化，在氣流及焰流的作用下噴射到基材表面形成涂層。（2）電弧噴涂電弧噴涂是通過金屬絲之間的兩根連續(xù)送進(jìn)的電弧的燃燒來(lái)熔化金屬，利用高速氣流把熔化的金屬霧化，并對(duì)霧化的金屬粒子加速使它們噴到工件表面形成涂層的技術(shù)。電弧噴涂是鋼材料防腐蝕、耐磨損和機(jī)械零件維修等實(shí)際應(yīng)用工程中最普遍使用的一種熱噴涂方法。電弧噴涂

31、系統(tǒng)一般是由噴涂專用電源、控制裝置、電弧噴槍、送絲機(jī)及壓縮空氣供給系統(tǒng)等組成。（3）等離子噴涂等離子噴涂技術(shù)是一種新型多用途的精密噴涂方法，它是以剛性非轉(zhuǎn)移型等離子弧作為熱源，以噴涂粉末材料為主的熱噴涂方法。噴涂粉末被加熱熔化后，從而形成涂層。等離子噴涂包括大氣等離子噴涂，保護(hù)氣氛等離子噴涂，真空等離子噴涂和水穩(wěn)等離子噴涂。等離子噴涂是目前所有的熱噴涂工藝中最為方便靈活的一個(gè)，它可以產(chǎn)生足夠的能量熔化任何材料。它具有：超高溫特性，以方便噴涂高熔點(diǎn)材料。噴射粒子的速度高，涂層致密，粘結(jié)強(qiáng)度高。使用惰性氣體作為工作氣體，噴涂材料是不容易被氧化。1.5 等離子噴涂強(qiáng)化1.5.1等離子噴涂工作原理及典

32、型設(shè)備 熱噴涂技術(shù)是通過某種特定熱源將某些材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，然后在基體表面上噴上涂層，形成一層性能優(yōu)越的涂層，從而使原工件具有更加優(yōu)異的表面性能，或者是使工件獲得一種或幾種原來(lái)基體材料不具備的表面性能膜狀組織13-14。熱噴涂方法大致可以分為火焰噴涂法、爆炸噴涂法、超音速噴涂法、電弧噴涂法、等離子噴涂法等。下面我們來(lái)著重討論等離子噴涂工藝。等離子噴涂是以一個(gè)剛性非轉(zhuǎn)移型等離子弧作為熱源，以噴涂粉末材料為主的熱噴涂方法。圖 l-1為等離子噴涂工作原理圖2 。其噴涂原理是通過等離子噴槍 產(chǎn)生等離子射流 。噴槍的鎢電極 (陰極)和噴嘴 (陽(yáng)極)分別接電源負(fù)極和正極 ，由高頻振蕩器引燃電弧激

33、發(fā)，使工作氣體 (Ar或 N2)在電弧的作用下電離成等離子體。由于熱收縮效應(yīng) 、自磁收縮效應(yīng)和機(jī)械收縮效應(yīng) 的聯(lián)合作用 ，電弧被壓縮 ，形成非轉(zhuǎn)移型等離子弧。送粉流輸送粉末噴涂材料進(jìn)入等離子弧 ，并被迅速加熱至熔融或半熔融狀態(tài) ，隨等離子流高速撞擊經(jīng)預(yù)處理的基材表面 ，并在基材表面形成牢固的覆蓋層噴涂層。從而使零件被噴涂表面獲得不同的硬度、耐磨 、耐熱 、耐腐蝕 、絕緣 、隔熱 、潤(rùn)滑等各種特殊物理化學(xué)性能 ，以滿足零件不同工作條件的要求。根據(jù)等離子噴涂的工作原理，等離子噴涂的成套設(shè)備需由電源 、高頻振蕩器 (引弧裝置)、控制系統(tǒng) 、送粉裝置 、噴槍 、水冷系統(tǒng) 、氣路等部分組成 。圖 1-2

34、為國(guó)內(nèi)外等離子噴涂典型設(shè)備配置 15。 圖1-1 等離子工作原理圖 圖1-2 等離子噴涂設(shè)備組成示意 1.5.2等離子噴涂技術(shù)特點(diǎn)及涂層應(yīng)用(1) 等離子噴涂技術(shù)特點(diǎn)1618由于熱收縮效應(yīng) 、自磁收縮效應(yīng)和機(jī)械收縮效應(yīng)的綜合影響，所形成的非轉(zhuǎn)移型等離子弧通常可以獲得10000以上的高溫，并且熱量集中，因此可以熔化各種高熔點(diǎn)、高硬度的粉末材料；并且等離子焰流速度高達(dá)1000m/s，噴出的粉粒速度可達(dá) 180600m/s，因此可以獲得組織致密、氣孔率低 、與基材結(jié)合強(qiáng)高、涂層厚度易于控制的噴涂層。能夠噴涂的材料廣泛，涂層的種類多。由于等離子焰流的溫度高，可以將各種噴涂材料加熱到熔融狀態(tài)，因而可供等

35、離子噴涂的材料非常廣泛。(2) 等離子噴涂涂層的應(yīng)用大致來(lái)說，涂層依照其主要用途可分為保護(hù)性涂層和功能性涂層兩類。等離子噴涂涂層傳統(tǒng)應(yīng)用于耐磨、耐蝕（氧化）、耐高溫等領(lǐng)域，這些涂層的制備技術(shù)已在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，新型的功能性涂層，如生物涂層、納米涂層、超導(dǎo)涂層等正受到人們的重視。實(shí)踐證明，使用熱噴涂技術(shù)可以收到很好的應(yīng)用效果19。等離子噴涂可以提高工件的耐磨性、耐蝕性、熱絕緣性，厚度可達(dá)1mm以上 ，NiCr-Cr3C2具有良好的耐熱耐蝕性，在金屬碳化物中抗氧化能力最強(qiáng)，在空氣中溫度為1 1001 400才開始顯著氧化，在高溫條件下依然保持相當(dāng)高的硬度20。為了改善界面應(yīng)力狀況，

36、 提高涂層結(jié)合強(qiáng)度，打底層+工作層是最常用的涂層結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn) 21-22采用N iC rA lY 打底、等離子噴涂的ZrO2-28% Y2O3 熱障涂層的結(jié)合強(qiáng)度得到了較大的提高， 達(dá)到了31.2MPa。階梯涂層能使整個(gè)涂層結(jié)構(gòu)的膨脹系數(shù)呈階梯狀， 變化趨于平緩， 能減小涂層間特別是涂層與基體間的內(nèi)應(yīng)力， 提高涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，涂層耐高溫、抗熱沖刷等性能大幅提高23 。熱障涂層廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等高溫工作下零部件的表面， 起隔熱作用。如燃?xì)廨啓C(jī)的受熱部件如噴嘴、葉片、燃燒室等均處于高溫氧化和高溫氣流沖蝕的惡劣工作環(huán)境中，承受溫度高達(dá)1100 24。實(shí)踐證明， 熱障涂層材料隔熱效果

37、顯著，并具有良好的抗熱震性和高溫抗氧化性，消除了燃燒室隔熱屏局部燒蝕變形及裂紋等故障25 。等離子噴涂技術(shù)是制備醫(yī)用生物涂層材料的一種有效方法。國(guó)內(nèi)外對(duì)等離子噴涂經(jīng)基磷灰石涂層和欽涂層的研究報(bào)導(dǎo)較多。輕基磷灰石的化學(xué)式為Ca (PO4)6(OH)2，簡(jiǎn)稱H V，其化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)與人體骨骼和牙釉質(zhì)的化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)相似，能與骨組織產(chǎn)生骨性結(jié)合。目前這種涂層廣泛用于人工髓關(guān)節(jié)和人工牙齒植人材料26。但多孔經(jīng)基磷灰石是脆性材料, 韌性差, 強(qiáng)度低, 難以在生物體的承載部位使用。研究表明, 等離子噴涂方法可制備厚度> 30 m 的涂層材料, 涂層與基底的結(jié)合強(qiáng)度> 60 MPa。通過

38、摸擬體液和體液中的培養(yǎng)試驗(yàn), 證明等離子噴涂Hv / Ti 合金復(fù)合材料是一種理想的骨替代材料27 。1.5.3等離子噴涂涂層存在的缺陷在等離子噴涂過程中，由于快速凝固等原因，會(huì)產(chǎn)生一定密度的微觀缺陷，包括氣孔和裂紋等。Pavel Ctibor 等人28對(duì)熱噴涂涂層的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定量的分析，根據(jù)涂層中缺陷的特征，可以分為圓柱形的孔，片層之間的孔和垂直缺陷。在等離子噴涂過程中，熔融態(tài)的顆粒高速沉積在基體上而形成涂層，該工藝過程決定了涂層的孔隙不可避免。描述涂層孔隙結(jié)構(gòu)特征的一個(gè)重要參數(shù)是涂層的總體孔隙率。Ghislaine Bertrand 等29分析了孔隙的尺寸和形態(tài)，認(rèn)為當(dāng)氬氣的流動(dòng)速率較

39、高（40 L/min）氫氣的流動(dòng)速率較低（4 L/min）時(shí)，會(huì)使得涂層的總體孔隙率升高。機(jī)械性能與孔隙率之間有一定的聯(lián)系，涂層的熱導(dǎo)率一般隨涂層孔隙率的增加而下降。V.Teixeira等30通過改變沉積參數(shù)，設(shè)計(jì)了梯度涂層，使得涂層的孔隙率在向頂層方向上增加，最終減少了熱傳導(dǎo)系數(shù)。因此，通過提高涂層表面的孔隙含量，以達(dá)到降低涂層熱傳導(dǎo)率的目的。Nakamura 等人通過有限元模型的幾何形狀與實(shí)際的陶瓷包含許多嵌入的孔隙的模型很相似的方法，研究了孔隙的尺寸，形狀和方向?qū)嵴贤繉恿W(xué)性能的影響。在等離子噴涂過程中，由于快速淬火的影響，在涂層中會(huì)產(chǎn)生高密度的微觀裂紋。其中，最典型的包括與基體平行的

40、裂紋和垂直裂紋。在熱循環(huán)載荷下，這些裂紋會(huì)生長(zhǎng)，最終引起涂層分離。Ghislaine Bertrand 等29研究指出噴涂角度與基體成75（º），并且冷卻速率較高時(shí)，與基體成30（º）方向的裂紋的長(zhǎng)度會(huì)有所增加，指出涂層中微裂紋的會(huì)影響等離子噴涂涂層中的熱傳導(dǎo)率。Bin Zhou 和Klod Kokini31認(rèn)為涂層的厚度，最短的預(yù)裂紋和最長(zhǎng)的預(yù)裂紋導(dǎo)致形成了很長(zhǎng)的界面裂紋，預(yù)裂紋存在時(shí)的最佳狀態(tài)是使得涂層的斷裂強(qiáng)度最小。1.5.4等離子噴涂技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)等離子噴涂時(shí)， 銅基體易氧化， 涂層與基體主要靠機(jī)械錨合，涂層材料與銅基體熱膨脹系數(shù)差異極大， 界面處存在較大的熱失配內(nèi)應(yīng)

41、力， 涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度低，熱疲勞壽命不高，從而制約了等離子噴涂在銅基體上的應(yīng)用。隨著新材料、新設(shè)備和新工藝的出現(xiàn)和發(fā)展， 銅及銅合金表面等離子噴涂涂層性能將會(huì)進(jìn)一步提高。關(guān)于銅合金表面等離子噴涂的研究，今后應(yīng)在如下幾個(gè)方面展開深入研究：(1) 發(fā)展新型涂層, 注重涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。研究解決涂層與銅合金基體熱膨脹系數(shù)失配以及物理性能差異過大的問題，從而提高涂層與基體的結(jié)合力和熱疲勞壽命。目前銅合金表面涂層的開發(fā)一方面要考慮如何通過改進(jìn)打底層性能來(lái)消除或減小涂層與基體間的差異，降低應(yīng)力；另一方面則要改善和改進(jìn)涂層設(shè)計(jì)， 如梯度涂層等多層涂層設(shè)計(jì)， 提高涂層的強(qiáng)度和熱疲勞壽命。(2) 開發(fā)應(yīng)用的新領(lǐng)域

42、，發(fā)展復(fù)合工藝。等離子噴涂與其他學(xué)科相互交叉滲透形成了新的表面復(fù)合處理工藝。例如， 與熱處理工藝相結(jié)合出現(xiàn)了真空擴(kuò)散重熔和高頻感應(yīng)重熔涂滲工藝；與電鍍工藝相結(jié)合產(chǎn)生了鍍涂工藝和涂鍍工藝；采用新的能源，出現(xiàn)了激光重熔和電子束重熔等。利用復(fù)合工藝，能較好地改善涂層性能。等離子噴涂的新技術(shù)、新工藝還有待于進(jìn)一步探索和開發(fā)， 其應(yīng)用的領(lǐng)域包括在銅及銅合銅表面強(qiáng)化、改性等方面必將得到進(jìn)一步拓展。(3) 簡(jiǎn)化、優(yōu)化工藝， 發(fā)展涂層性能的預(yù)測(cè)。操作簡(jiǎn)便、成本低、生產(chǎn)效率高及涂層質(zhì)量好的工藝無(wú)疑是發(fā)展的方向。為此， 需通過建立各種材料的噴涂工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)和合理的模型及專家系統(tǒng)來(lái)預(yù)測(cè)涂層的性能，對(duì)涂層及工藝進(jìn)行

43、優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前這方面的研究相對(duì)很少，這也是今后進(jìn)行深入研究的重要方向。1.6 論文意義水平連鑄是現(xiàn)代各大鋼（管）廠生產(chǎn)各類型鋼的主要方法，結(jié)晶器銅合金內(nèi)套是水平連鑄設(shè)備中最為關(guān)鍵的易耗部件。在使用過程中由于銅套表面直接與14751570的高溫鋼液接觸，內(nèi)表面工作條件極其惡劣，易產(chǎn)生多種形式的失效，失效的主要形式是產(chǎn)生熱裂紋、磨損、剝落、劃傷和腐蝕等。銅套的質(zhì)量高低直接影響煉鋼的效率、效益及勞動(dòng)強(qiáng)度。自上世紀(jì)八十年代水平連鑄技術(shù)快速發(fā)展以來(lái)，國(guó)內(nèi)外一些鋼鐵企業(yè)及研究單位，為了提高結(jié)晶器銅合金內(nèi)套的使用壽命，主要從提高銅合金內(nèi)套的材料質(zhì)量及其表面強(qiáng)化、表面改性二個(gè)方面進(jìn)行了大量研究工作。本文結(jié)合國(guó)

44、內(nèi)某大型鋼廠生產(chǎn)中存在的問題，在對(duì)結(jié)晶器銅合金內(nèi)套的失效形式、機(jī)制進(jìn)行較全面分析研究的基礎(chǔ)上，對(duì)材料CuCo2Be內(nèi)套合金進(jìn)行熱處理工藝優(yōu)化試驗(yàn)及對(duì)銅合金內(nèi)套進(jìn)行表面改性等離子噴涂強(qiáng)化工藝試驗(yàn)。1.7 論文研究?jī)?nèi)容本論文主要研究?jī)?nèi)容如下： (1) 對(duì)合金進(jìn)行熔煉、澆注、鑄造、鍛造及熱處理工藝研究。熔煉、澆注及鑄造工藝要能保證獲得合格的鑄件質(zhì)量，是后續(xù)的鍛造、熱處理獲得良好效果的前提，使合金內(nèi)部質(zhì)量滿足探傷合格的要求。 (2) 對(duì)CuCo2Be合金進(jìn)行熱處理工藝研究，測(cè)量鑄態(tài)、鍛態(tài)試樣的硬度及導(dǎo)電率，試樣進(jìn)行固溶時(shí)效處理后，測(cè)量硬度及導(dǎo)電率，確定最佳的固溶、時(shí)效溫度和時(shí)間。 (3) 以涂層與基體

45、的結(jié)合強(qiáng)度為指標(biāo)，采用正交試驗(yàn)法研究工藝參數(shù)對(duì)涂層質(zhì)量的影響，以Cr3C2-NiCr粉末作為噴涂粉末，對(duì)基體材料CuCo2Be表面進(jìn)行等離子噴涂工藝研究，確定最佳工藝參數(shù)，并進(jìn)行拉伸強(qiáng)度測(cè)試，通過極差法對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化出最佳的噴涂工藝方案。 (4) 通過掃描電鏡觀察不同參數(shù)條件下涂層的形貌，并通過EDS及SEM分析涂層與基體的結(jié)合方式。第二章 試驗(yàn)內(nèi)容與試驗(yàn)方法2.1 試驗(yàn)材料2.1.1 基體材料高強(qiáng)高導(dǎo)CuCo2Be合金具有較好的耐高溫性、導(dǎo)熱性，具備耐磨損、耐腐蝕、高硬度和高抗拉強(qiáng)度的要求。本試驗(yàn)采用時(shí)效硬化態(tài)的CuCo2Be合金，成分性能如表2-1 所示。表2-1 CuCo2Be

46、合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）合金添入元素CoBe其他CuCuCo2Be>2.7%>0.5%<0.5%余量2.1.2 噴涂粉末材料等離子噴涂層的性能指標(biāo)主要和噴涂材料的性能和噴涂工藝有關(guān)。采用相同工藝，不同涂層材料，所得到的涂層性能也不同；同一種涂層材料，采用不同噴涂工藝，得到的涂層性能也不相同。本試驗(yàn)所使用的噴涂粉末為北京礦冶研究總院金屬材料研究所生產(chǎn)的燒結(jié)型Cr3C2-30NiCr復(fù)合粉末，成分如表2-2所示。Cr3C2-30NiCr復(fù)合粉末涂層堅(jiān)硬致密，是中高溫下理想的抗氧化、耐磨、耐蝕涂層，常于中高溫下的燃?xì)鉀_蝕磨損、微動(dòng)磨損、磨粒磨損、硬表面磨損等條件下使用。NiCr

47、合金具有優(yōu)異的耐熱、耐腐蝕、抗高溫氧化等性能，Cr3C2具有較好的高溫硬度和抗高溫氧化性，因此Cr3C2-30NiCr涂層在950下具有優(yōu)異的抗高溫氧化性、抗高溫氣流或微粒沖蝕磨損和硬面磨損性能，可作為本試驗(yàn)較為理想理想的噴涂材料。表2-2 工作涂層材料牌號(hào)名稱成分/wt%硬度粒度KF-71碳化鉻-鎳鉻80%Cr3C2，20%NiCr800-1000HV0.3-325-+500目2.2 試驗(yàn)藥品及設(shè)備2.2.1 試驗(yàn)藥品氯化鐵鹽酸溶液、無(wú)水乙醇、金剛石研磨膏、燒結(jié)型復(fù)合粉、NiCr-Cr3C2（Cr3C2 75%、NiCr 25%）粉末、高純N2、高純Ar等。2.2.2 試驗(yàn)設(shè)備（1）3710

48、型等離子噴涂系統(tǒng) 等離子噴涂設(shè)備是比較復(fù)雜的，是指產(chǎn)生高溫?zé)嵩础⒓訜帷⑷刍㈧F化、加速被噴涂材料，并在基體表面沉積形成涂層所用的一套裝置的總稱。本試驗(yàn)使用的等離子噴涂系統(tǒng)為3710型等離子噴涂系統(tǒng)，主要設(shè)備包括HF-2210型等離子噴涂專用電源，3710型控制柜，SG-100型等離子噴槍，1264型送粉器，AMS3265型制冷熱交換器，螺旋空氣壓縮機(jī)等。等離子噴槍是噴涂設(shè)備中的核心裝置，等離子噴槍含陰陽(yáng)兩極，中間留有空隙通入等離子氣體，同時(shí)用循環(huán)冷卻水保護(hù)槍體和陰極棒。SG-100型等離子噴槍是一把可適用于許多應(yīng)用的多態(tài)噴槍，。送粉方式有槍內(nèi)送粉和槍外送粉兩種，本試驗(yàn)采用槍外送粉。3710型控

49、制柜可以控制兩個(gè)送粉器和用于工件冷卻等用途的輔助電路。控制柜具有安全自鎖，以防止在水、電及氣路有故障時(shí)保護(hù)噴槍工作，如圖2-2所示。（2）其他主要設(shè)備 本實(shí)驗(yàn)其他主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備見表2-2。表2-2 試驗(yàn)設(shè)備極其性能指標(biāo)試驗(yàn)設(shè)備設(shè)備型號(hào)性能指標(biāo)用途箱式電阻爐SX2-10-12額定溫度1200 固溶、時(shí)效立式砂輪機(jī)S3S-2503000轉(zhuǎn)分除去氧化皮金相試樣預(yù)磨機(jī)YM-2A500轉(zhuǎn)分試樣預(yù)處理金相試樣拋光機(jī)P21400轉(zhuǎn)分拋光處理大型金相顯微鏡（HAL100）ZEZSS50×、100×、200×、500×拍攝金相照片布氏硬度計(jì)HB-3000HB測(cè)定硬度渦流導(dǎo)電

50、率測(cè)試儀FQR7501%IACS測(cè)導(dǎo)電率掃描電鏡TEOL-JSM-6480觀察組織、斷口形貌“百通”牌噴砂機(jī)9080試樣噴砂2.3 試驗(yàn)內(nèi)容2.3.1 銅合金的熔煉與澆鑄熔煉是鑄造生產(chǎn)工藝之一。將金屬材料及其它輔助材料投入加熱爐溶化并調(diào)質(zhì)，使其符合澆注鑄件要求。常用的工業(yè)熔爐有：沖天爐、工頻爐、中頻爐、電阻爐。銅合金的熔煉與澆鑄工藝過程如下：合金的熔煉過程合金的熔煉過程一般如下：升溫預(yù)熱坩堝加入爐料爐體抽真空升溫熔化攪拌保溫放氣打開爐蓋撒入集渣劑扒渣測(cè)銅液溫度澆注（非真空）。 熔煉澆鑄工藝熔煉出爐溫度：1390澆注溫度：1310本試驗(yàn)使用真空中頻感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉，非真空澆注，澆入規(guī)格160

51、15;210mm，預(yù)熱溫度為300左右的鐵模內(nèi)，凝固后出模。2.3.2 鑄態(tài)組織與性能分析研究測(cè)出鑄態(tài)試樣的硬度HB、導(dǎo)電率e（%IACS）。對(duì)試樣進(jìn)行微觀組織的觀察并拍下金相照片記錄；根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行初步分析。2.3.3 鍛態(tài)組織與性能分析研究測(cè)出三個(gè)系列的試樣的硬度HB、導(dǎo)電率e（%IACS）；對(duì)試樣進(jìn)行微觀組織觀察并拍金相照片記錄；根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行初步分析。2.3.4 固溶處理試驗(yàn)固溶處理是指將合金加熱到高溫單相區(qū)保持恒溫，使過剩相充分溶解到固溶體中，然后后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝方法。固溶處理的溫度范圍大約在9801250之間，主要根據(jù)各個(gè)合金中相析出和溶解規(guī)律

52、及使用要求來(lái)選擇，以保證主要強(qiáng)化相必要的析出條件和一定的晶粒度。固溶處理是有色金屬合金強(qiáng)化熱處理的第一個(gè)步驟。根據(jù)以上原則，進(jìn)行如下試驗(yàn)：固溶溫度的確定：銅合金一般固溶溫度為930970，在此區(qū)間取3個(gè)溫度，分別為930，950，970，1.5小時(shí)保溫，進(jìn)行固溶處理（水冷）；測(cè)出其導(dǎo)電率e和硬度HB，以確定較佳固溶溫度；進(jìn)行微觀組織觀察并拍下金相照片，研究固溶溫度對(duì)組織與性能的影響。2.3.5 不同溫度、不同時(shí)間的時(shí)效工藝試驗(yàn)固溶處理后，隨即進(jìn)行第二個(gè)步驟時(shí)效，合金即可得到顯著強(qiáng)化。時(shí)效處理是指合金工件經(jīng)固溶處理，冷塑性變形或鑄造，鍛造后，在較高的溫度放置或室溫保持其性能，形狀，尺寸隨時(shí)間而變

53、化的熱處理工藝。時(shí)效處理的目的，消除工件的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸，改善機(jī)械性能等。合金的時(shí)效硬化是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，它不僅取決于合金的組成、時(shí)效工藝，以及取決于合金在生產(chǎn)過程中所造成的缺陷，特別是空位、位錯(cuò)的數(shù)目和分布等。根據(jù)以上原則，進(jìn)行如下試驗(yàn)：時(shí)效溫度、時(shí)效時(shí)間的確定：對(duì)試樣進(jìn)行特征溫度時(shí)效試驗(yàn)，時(shí)效溫度為460，并且在時(shí)效溫度進(jìn)行1/3h、1/2h、2/3h、1h、2h、3 h、4h的時(shí)效處理試驗(yàn)，時(shí)效處理后測(cè)出每個(gè)試樣性能，分析結(jié)果確定試樣的較佳時(shí)效溫度和時(shí)間。測(cè)出導(dǎo)電率e（IACS）、硬度HB，繪出曲線。進(jìn)行微觀組織觀察并拍下金相照片，分析結(jié)果確定較佳時(shí)效溫度和時(shí)間；2.3.6等

54、離子噴涂工藝試驗(yàn)等離子噴涂技術(shù)是繼火焰噴涂、電弧噴涂之后大力發(fā)展起來(lái)的噴涂新技， 近幾年在我國(guó)發(fā)展較快,應(yīng)用也相當(dāng)普遍。 等離子噴涂是采用等離子噴槍產(chǎn)生的等離子噴流， 把數(shù)微米至數(shù)十微米的金屬陶瓷等單一或者混合粉末加熱和加速， 在熔融或接近熔融的狀態(tài)下噴向母體材料的表面而形成涂層。 有以Ar、He、N2、H2 等氣體作為工作氣體的氣體等離子噴涂， 還有把水分解成氧和氫而作為工作氣體的平均等離子噴涂.等離子噴涂產(chǎn)生的溫度可達(dá)16000，噴流速度達(dá)300400 m/s，因而可噴制各種高熔點(diǎn)、耐磨、耐熱的涂層。 該涂層具有較高的結(jié)合強(qiáng)度，涂層特性好，尺寸也容易控制， 尤其適合瓷材料的噴涂。 國(guó)內(nèi)外已

55、有數(shù)百種材料用等離子進(jìn)行噴涂，所得的涂層具有抗蝕、抗氧化、耐磨損擦傷、助滑、助粘結(jié)、防輻射和絕熱等功能.等離子噴涂是熱噴涂工藝中最萬(wàn)能的工藝， 這是因?yàn)槠涔に嚋囟茸罡撸?噴涂過程可以在不同的氣氛和不同的壓力下實(shí)現(xiàn)。 目前已發(fā)展到空氣、低壓( 或真空) 、空壓、惰性氣體以及水下環(huán)境的應(yīng)用，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)是等離子噴涂的最大優(yōu)點(diǎn)之一。 等離子噴涂法主要有大功率等離子噴涂、低壓( 或真空) 等離子噴涂和水穩(wěn)等離子噴涂等幾種方法。等離子噴涂工藝的一半過程如下：(1)基體試樣準(zhǔn)備選用厚度約為5mm直徑約為25mm的圓柱形試樣，對(duì)于經(jīng)過初加工的基體試樣，首先要先進(jìn)行打磨，去除表面雜質(zhì)及油質(zhì)物，用打磨砂紙

56、粗磨。將打磨后的試樣及時(shí)擦干，以減少生銹。用酒精沖洗，然后將洗好的試樣放入盛有酒精的燒杯中，進(jìn)行超聲波清洗，去除表面油污。清洗后吹干密封。清洗時(shí)需要帶一次性塑料手套。(2) 噴砂粗化試樣清洗吹干后要用噴砂機(jī)進(jìn)行噴砂粗化。粗化使用白剛玉砂進(jìn)行。粗化處理的目的是增加涂層于基材間的接觸面，增加涂層與基材的機(jī)械咬合力，使凈化處理過的表面更加活化，以提高圖等于基材的結(jié)合強(qiáng)度。同時(shí)，基材表面粗化還可以改變圖層中的殘余應(yīng)力分布，對(duì)提高圖層的結(jié)合強(qiáng)度也是有利的。(3) 等離子噴涂強(qiáng)化將噴涂設(shè)備預(yù)熱，然后將粗化后的試樣清洗晾干后測(cè)量好厚度并記錄后，放到夾具上，調(diào)整好噴涂距離、噴涂功率、送粉量、噴涂電流、主氣等參數(shù)，之后開始噴涂。噴涂結(jié)束后測(cè)量試樣厚度，計(jì)算涂層厚度。涂層厚度在