球墨铸铁等离子喷涂镍60的工艺与组织研究

摘要：本文主要以球墨铸铁为研究对象，通过在球墨铸铁表面热喷涂镍60,使球墨铸铁表面改性,并对热喷涂镍60后的球墨铸铁试样进行不同温度的热处理，以观察球墨铸铁与镍结合层组织是否改变。由金相试样观察分析实验结果，我们可以得出如下结论：球墨铸铁等离子喷涂镍60后对其进行不同温度的热处理，通过金相试样观察其组织形貌有细微改变。但是球墨铸铁与镍结合层没有因为温度的影响而脱落。
Abstract: Nodular cast iron is taken as object of the research in this paper, so as to observe whether organization of combined course of plasma spraying coating and nickel can be changed through spray nickel 60 on surface of nodular cast iron to modify surface of nodular cast iron; and conduct thermal treatment on nodular cast iron sample in different temperature after hot nickel 60 is sprayed. We can draw following conclusion through result of observation and analysis on metallographic specimen: after spray nickel 60 on nodular cast iron, conduct thermal treatment in different temperature and there are slight change on morphology of its structure through observation on metallographic specimen. However, combined course of nodular cast iron and nickel doesn’t fall off due to influence of temperature.  
关键词：球墨铸铁，等离子喷涂，热处理，涂层
Key words: Nodular cast iron, plasma spraying coating, thermal treatment, coating
实验原理
热喷涂原理解析：热喷涂的流程可以大致氛围四步，即材料加热、材料雾化、喷射飞行和涂层形成。具体来说就是，首先利用高温对喷涂线或者粉末进行加热，使其熔化或变软；其次通过用外加压缩气流或者热源自身的射流将已经软化的喷料熔滴雾化；第三步则是对雾化变小的喷涂颗粒加速使其形成喷料粒子流；最后，喷料粒子流与被喷涂材料间发生碰撞，大量粒子在待喷涂材料表面堆积、凝固并最终成形涂层^[1]。所谓热喷涂涂层，它实际上就是由大量喷涂线料粒子重叠堆积起来的一种层状结构^[2]。事实上，在执行喷涂操作的过程中，喷料粒子在喷向待喷涂材料时难免会与周围的介意发生氧化反应，同时部分颗粒也会在喷涂动作中反弹散失使得喷涂层出现孔隙，故而喷涂层的实际组成成分应该包含喷料颗粒、空洞及氧化物。涂层氧化物含量及空洞的密集、分布情况是涂层质量评价的关键参考标准之一。涂层的结合情况对涂层质量影响深远，它包含涂层与基材表面的结合及涂层内聚的结合，以机械结合为主，但结合力不强^[3]。
1.试验方法与步骤
1.1 实验材料
本实验所用到的实验材料主要是一种直径大约32mm，厚度5mm左右的圆柱形球墨铸铁以及适量镍。
1.2 实验药品
本次实验所用到的实验药品有：酒精，水，硝酸酒精，石英砂，20%的盐酸，亚硝酸钠，碳酸钠溶液等。
1.3 实验工艺及步骤
1.3.1 工艺一：球墨铸铁等离子喷涂镍60
等离子喷涂工序程序包括基体的预处理、喷涂施工、涂层后处理、精加工等步骤。在制备喷涂层前对基体进行表面净化、粗化、预热以及打底工艺。
1.3.2 工艺二：球墨铸铁等离子喷涂镍60的热处理
（1）将试样线切割分为九块并编号；
（2）开启电阻炉并将温度调至热处理所需温度；
（3）将试样分别在840℃、860℃和880℃三个温度梯度下放入电阻炉内进行热处理；
（4）到时间从电阻炉中取出试样。
 
2 实验结果及分析
2.1 工艺一：球墨铸铁等离子喷涂镍60
将喷涂后的球墨铸铁进行预磨处理，并抛光至镜面。并用硝酸酒精进行腐蚀处理，吹干后置于金相显微镜下观察其组织并分析。
在500X的放大倍数下试样的金相显微图，在图中可以明显观察到球墨铸铁的组织和涂镍层的组织，且可以观察到涂镍层与球墨铸铁界面的结合面较为平整致密。从此组织图可知镍通过等离子喷涂后与球墨铸铁基体的结合较为好。
2.2 工艺二：球墨铸铁等离子喷涂镍60热处理后组织观察
（1）840℃不同热处理工艺后组织观察
试样在200X放大倍数下的显微组织图，能够观察到组织图右侧的涂镍层完整且与球墨铸铁基体结合致密。和图1进行比较可观察到840℃淬火热处理后涂镍层仍保持与未经过热处理时的涂镍层相同的结合形态，涂镍层与球墨铸铁基体的结合区平直无裂缝出现。
（2）860℃不同热处理工艺后组织观察
图3为试样在500X放大倍数下的显微组织图，能够观察到组织图右侧的涂镍层完整且与球墨铸铁基体结合致密。和图1进行比较可观察到860℃淬火热处理后涂镍层仍保持与未经过热处理时的涂镍层相同的结合形态，涂镍层与球墨铸铁基体的结合区平直无裂缝出现。
（3）880℃不同热处理工艺后组织观察
试样在500X放大倍数下的显微组织图，能够观察到组织图右侧的涂镍层完整且与球墨铸铁基体结合致密。和图1进行比较可观察到880℃淬火热处理后涂镍层仍保持与未经过热处理时的涂镍层相同的结合形态，涂镍层与球墨铸铁基体的结合区平直无裂缝出现。
4 结论
    本文主要验证球墨铸铁等离子喷涂后经过热处理研究分析其涂层组织，对等离子热喷涂镍后的试样进行840℃、860℃和880℃三种不同热处理工艺处理。通过试样截面显微组织观察，可以清晰的观察到试样的镍涂层没有因为不同温度的热处理而脱落，表明球墨铸铁进行等离子热喷涂镍工艺后其涂镍层保持完整，球墨铸铁等离子喷涂镍工艺达到实验预期效果^[4]。
 
参 考 文 献
[1] 姜银方,朱元右,戈晓岚. 现代表面工程技术[M]. 北京:化学工业出版社, 2005.



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