【正文】 (3) 等離子噴涂強化將噴涂設(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。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)合強度。(2) 噴砂粗化試樣清洗吹干后要用噴砂機進(jìn)行噴砂粗化。清洗后吹干密封。將打磨后的試樣及時擦干，以減少生銹。 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。 國內(nèi)外已有數(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)、 這是因為其工藝溫度最高， 噴涂過程可以在不同的氣氛和不同的壓力下實現(xiàn)。 有以Ar、He、NH2 等氣體作為工作氣體的氣體等離子噴涂， ℃，噴流速度達(dá)300～400 m/s，因而可噴制各種高熔點、耐磨、耐熱的涂層。③進(jìn)行微觀組織觀察并拍下金相照片，分析結(jié)果確定較佳時效溫度和時間；等離子噴涂技術(shù)是繼火焰噴涂、電弧噴涂之后大力發(fā)展起來的噴涂新技， 近幾年在我國發(fā)展較快,應(yīng)用也相當(dāng)普遍。根據(jù)以上原則，進(jìn)行如下試驗：①時效溫度、時效時間的確定：對試樣進(jìn)行特征溫度時效試驗，時效溫度為460℃，并且在時效溫度進(jìn)行1/3h、1/2h、2/3h、1h、2h、3 h、4h的時效處理試驗，時效處理后測出每個試樣性能，分析結(jié)果確定試樣的較佳時效溫度和時間。時效處理的目的，消除工件的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸，改善機械性能等。 不同溫度、不同時間的時效工藝試驗固溶處理后，隨即進(jìn)行第二個步驟——時效，合金即可得到顯著強化。固溶處理是有色金屬合金強化熱處理的第一個步驟。 固溶處理試驗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。②對試樣進(jìn)行微觀組織的觀察并拍下金相照片記錄；③根據(jù)所測數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行初步分析。 ② 熔煉澆鑄工藝熔煉出爐溫度：1390℃澆注溫度：1310℃本試驗使用真空中頻感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉，非真空澆注，澆入規(guī)格Φ160210mm，預(yù)熱溫度為300℃左右的鐵模內(nèi)，凝固后出模。常用的工業(yè)熔爐有：沖天爐、工頻爐、中頻爐、電阻爐。表22 試驗設(shè)備極其性能指標(biāo)試驗設(shè)備設(shè)備型號性能指標(biāo)用途箱式電阻爐SX21012額定溫度1200 ℃固溶、時效立式砂輪機S3S2503000轉(zhuǎn)／分除去氧化皮金相試樣預(yù)磨機YM2A500轉(zhuǎn)／分試樣預(yù)處理金相試樣拋光機P—21400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HB3000HB測定硬度渦流導(dǎo)電率測試儀FQR7501%IACS測導(dǎo)電率掃描電鏡TEOLJSM6480觀察組織、斷口形貌“百通”牌噴砂機9080試樣噴砂 試驗內(nèi)容 銅合金的熔煉與澆鑄熔煉是鑄造生產(chǎn)工藝之一?？刂乒窬哂邪踩枣i，以防止在水、電及氣路有故障時保護噴槍工作，如圖22所示。送粉方式有槍內(nèi)送粉和槍外送粉兩種，本試驗采用槍外送粉。等離子噴槍是噴涂設(shè)備中的核心裝置，等離子噴槍含陰陽兩極，中間留有空隙通入等離子氣體，同時用循環(huán)冷卻水保護槍體和陰極棒。 試驗設(shè)備（1）3710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?、加熱、熔化、霧化、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。NiCr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Cr3C230NiCr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，可作為本試驗較為理想理想的噴涂材料。本試驗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Cr3C230NiCr復(fù)合粉末，成分如表22所示。表21 CuCo2Be合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）合金添入元素CoBe其他CuCuCo2Be%%%余量 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)。第二章 試驗內(nèi)容與試驗方法 試驗材料 基體材料高強高導(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、高硬度和高抗拉強度的要求。 (3) 以涂層與基體的結(jié)合強度為指標(biāo)，采用正交試驗法研究工藝參數(shù)對涂層質(zhì)量的影響，以Cr3C2NiCr粉末作為噴涂粉末，對基體材料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)行拉伸強度測試，通過極差法對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化出最佳的噴涂工藝方案。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。本文結(jié)合國內(nèi)某大型鋼廠生產(chǎn)中存在的問題，在對結(jié)晶器銅合金內(nèi)套的失效形式、機制進(jìn)行較全面分析研究的基礎(chǔ)上，對材料CuCo2Be內(nèi)套合金進(jìn)行熱處理工藝優(yōu)化試驗及對銅合金內(nèi)套進(jìn)行表面改性—等離子噴涂強化工藝試驗。銅套的質(zhì)量高低直接影響煉鋼的效率、效益及勞動強度。 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。為此， 需通過建立各種材料的噴涂工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫和合理的模型及專家系統(tǒng)來預(yù)測涂層的性能，對涂層及工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。(3) 簡化、優(yōu)化工藝， 發(fā)展涂層性能的預(yù)測。利用復(fù)合工藝，能較好地改善涂層性能。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。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， 如梯度涂層等多層涂層設(shè)計， 提高涂層的強度和熱疲勞壽命。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。等離子噴涂時， 銅基體易氧化， 涂層與基體主要靠機械錨合，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)力， 涂層與基體結(jié)合強度低，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。）方向的裂紋的長度會有所增加，指出涂層中微裂紋的會影響等離子噴涂涂層中的熱傳導(dǎo)率。Ghislaine Bertrand 等[29]研究指出噴涂角度與基體成75（186。其中，最典型的包括與基體平行的裂紋和垂直裂紋。Nakamura 等人通過有限元模型的幾何形狀與實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。[30]通過改變沉積參數(shù)，設(shè)計了梯度涂層，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)。Ghislaine Bertrand 等[29]分析了孔隙的尺寸和形態(tài)，認(rèn)為當(dāng)氬氣的流動速率較高（40 L/min）氫氣的流動速率較低（4 L/min）時，會使得涂層的總體孔隙率升高。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。在等離子噴涂過程中，由于快速凝固等原因，會產(chǎn)生一定密度的微觀缺陷，包括氣孔和裂紋等。研究表明, 等離子噴涂方法可制備厚度 30 μm 的涂層材料, 涂層與基底的結(jié)合強度 60 MPa。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]。國內(nèi)外對等離子噴涂經(jīng)基磷灰石涂層和欽涂層的研究報導(dǎo)較多。實踐證明， 熱障涂層材料隔熱效果顯著，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] 。熱障涂層廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機、燃?xì)廨啓C等高溫工作下零部件的表面， 起隔熱作用。文獻(xiàn)[ 2122]采用N iC rA lY 打底、等離子噴涂的ZrO228% Y2O3 熱障涂層的結(jié)合強度得到了較大的提高， 。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 ，NiCrCr3C2具有良好的耐熱耐蝕性，在金屬碳化物中抗氧化能力最強，在空氣中溫度為1 100℃～1 400℃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]。近年來，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。(2) 等離子噴涂涂層的應(yīng)用大致來說，涂層依照其主要用途可分為保護性涂層和功能性涂層兩類。能夠噴涂的材料廣泛，涂層的種類多。圖 12為國內(nèi)外等離子噴涂典型設(shè)備配置 [15]。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。由于熱收縮效應(yīng) 、自磁收縮效應(yīng)和機械收縮效應(yīng) 的聯(lián)合作用 ，電弧被壓縮 ，形成非轉(zhuǎn)移型等離子弧。其噴涂原理是通過等離子噴槍 產(chǎn)生等離子射流 。等離子噴涂是以一個剛性非轉(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。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。③使用惰性氣體作為工作氣體，噴涂材料是不容易被氧化。它具有：①超高溫特性，以方便噴涂高熔點材料。等離子噴涂包括大氣等離子噴涂，保護氣氛等離子噴涂，真空等離子噴涂和水穩(wěn)等離子噴涂。（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。電弧噴涂是鋼材料防腐蝕、耐磨損和機械零件維修等實際應(yīng)用工程中最普遍使用的一種熱噴涂方法。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。噴涂中通常使用乙炔和氧氣的混合氣組合來提供熱量，也可以使用丙二炔(MPS)、甲基乙炔、丙烷、氫氣或天然氣等。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。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）。涂層具有耐磨損、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)。 熱噴涂強化工藝熱噴涂技術(shù)是表面工程中的一個重要組成部分，在表面工程技術(shù)中有著重要的地位。合金元素通過改變基體點陣類型，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度。（6）合金強化在金屬中加入合金元素，是提高合金強度的有效和常用方法。由于結(jié)晶取向?qū)w的傳導(dǎo)性能無影響，晶粒細(xì)化僅使晶界增多，因而對銅的導(dǎo)電性能影響很小。這是因為多晶體在受力變形過程中，晶界位錯阻止晶界表面的堆積，這樣留在晶界處的滑移帶會在位錯塞積群的頂部產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象；位錯塞積群可以與外加應(yīng)力發(fā)生作用，當(dāng)應(yīng)力足夠大使鄰近晶粒內(nèi)部的位錯源產(chǎn)生滑動時，滑移帶才可以從一個晶粒傳到下一個晶粒。細(xì)晶強化的效果可以用HallPetch[7]關(guān)系式表示， （11）（1 1）式中：為材料的屈服強度；和是兩個與材料有關(guān)的常數(shù)；為晶粒的平均直徑。這是因為外部發(fā)生塑性變形的細(xì)?？梢栽诟嗟木Я?nèi)進(jìn)行，塑性變形較均勻，應(yīng)力集中較?。淮送?，晶粒越細(xì)，晶界面積越大，晶界越曲折，越不利于裂紋的擴散。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)。在時效過程中，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，使位錯的運動更加困難，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。但用于制造高強度高導(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]。當(dāng)工件的形狀被拉長或壓扁時，其內(nèi)部晶粒的形狀也會隨之被拉長或壓扁，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)致金屬的強度和硬度顯著提高，塑性和韌性下降，即產(chǎn)生所謂“變形強化”現(xiàn)象,叫做冷變形強化。[5]等人認(rèn)為固溶和時效處理時所產(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)，在時效過程中促進(jìn)了固溶體的分解，時效性能也受到變形量的影響。固溶強化的程度主要取決于兩個因素，首先是原始的原子和添加的原子之間的尺寸差別，