7-等离子束表面冶金(熔覆)
等离子熔覆技术及其应用
等离子熔覆耐磨处理技术青岛海纳等离子科技有限公司一公司简介山东科技大学青岛海纳等离子科技有限公司是以本校材料学科为技术依托，以等离子表面改性为核心技术而成立的具有自主知识产权的高新技术企业，是山东省金属材料与表面工程技术研究中心实验基地。
数年来，公司致力于金属材料表面改性技术的研究与开发，公司坚持以技术求进步、以质量谋发展，并取得了丰硕的科技成果。
取得了“真空等离子束表面熔覆耐磨蚀涂层的方法”、“一种本安型耐磨镐型截齿”、“一种耐磨可弯曲刮板输送机”、“一种镐型截齿的生产工艺方法”等多项国家发明专利，另外2008年“等离子控制原位冶金反应技术与工程应用”荣获了国家科学技术进步二等奖，“等离子熔覆强化技术及其在刮板输送机上的应用”获中国煤炭工业科学技术奖二等奖，“高温等离子射流控制原位冶金反应技术及产业化”荣获中国机械工业科学技术奖，“等离子多元共渗合金强化技术”获中国高校技术发明二等奖，“一种铸铁表面快速扫描熔凝硬化的方法”获山东省第六届专利奖金奖。
公司在国际上首次提出了负压等离子熔覆涂层与熔射成型技术的新方法，获得了国家发明专利。
该技术是解决金属表面高耐磨耐蚀耐冲击的最新技术方法，并且研制成功了综合经济技术指标优于激光熔覆的大功率高稳定性等离子熔覆专用数控设备，该技术与设备于2002年12月21日通过了山东省科技厅组织的鉴定。
鉴定结论认为该技术与设备填补了一项空白，是等离子束表面冶金领域中的一项重大创新，整体技术水平达到了国际领先水平。
公司拥有一批具有学士、硕士、博士学位的研发人员，具有中高级专业技术职务的人员占60%以上，同时，公司还拥有一支专业水平高，经验丰富的职工队伍。
二等离子熔覆技术简介等离子熔覆技术是继激光熔覆技术之后发展起来的最新表面改性技术，是我们公司拥有的具有原创性的国际领先技术。
该技术汲取了激光熔覆技术和对焊技术的先进性，屏弃了堆焊和激光熔覆技术的不足。
其基本原理是：在高温等离子束流作用下，将合金粉末与工件基体表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、反应、凝固，等离子束离开后自激冷却，在表面形成一层高硬度耐磨层，从而实现表面的强化与硬化，增强工件的耐磨性能。
等离子束感生磁场对表面冶金的影响
如 必 然会产 生 与等 离 子 束 正 交 的感 生 电 磁 场 ， 与 之 搅拌 能扩 展 等轴 晶带 ， 船 板 钢 是 随 搅 拌 强 度 的增 并 而无 取 向硅钢 ｗ 搅 拌 电流 的强 弱 交 互作用 产 生 电磁 力 ， 电磁 力 的搅 拌 作 用 使 熔 池 内 加 而增加 的 ，
中 图分 类号 ： Ｇ ７ ．４ Ｔ １４ ４ 文献标 志码 ： Ａ 文 章编 号 ：６ １ ４ ８ （０ ７ ０ ０ ３ ０ １ ７ — ２ ８ ２ ０ ）６— ０ ６— ４
等 离子束 表 面冶金 技术 是一 项新兴 的零件 加 工 ｂ上 的熔体 单元产 生 电磁 力 Ｆ 力 的方 向是 向着弧 柱
槽 和采煤 机截 齿 中。另 外 ， 可 用 该 技 术 对 失效 的 还
零件 进行修 复 ， 大量 节约加 工成 本 ¨ ’ 。。 在等离 子 表面 冶 金过 程 中 ， 离 子 体 由 于其 本 等 织 具有 重要 的影 响 。本 文就 等离 子表 面冶 金 过程 中
感 生磁 场对 凝 固组织 的影 响进行 了阐述 。 １ 等 离子束 感 生磁场 的 电磁 特 性
抑制 柱状 晶 的生 长 ， 有利 于等 轴 晶的形成 。 感生磁 场 具有 电磁 净化 的作 用 ， 以有 效地 消 除 杂质颗 粒 以及 可
偏析 、 负偏 析和 气孔 形成 的机 率。 同 时感 生磁 场会促 进 细 小亚稳 相 、 纳米 晶 以及 非 晶 态固体 的生成 。
关 键 字 ： 生磁 场 ； 离子 束 ； 面 金 ； 感 等 表 台 电磁 净化
形较 小 、 过程 易于 实现 自动化 控制 、 生产 效 率 高等 优 度在熔 池 的 内部 就 是上部 比下部 大 。图 ２是 在 等离 点 而在工 业上 展现 出广 阔 的应 用前 景 。现 已经 成 功 子弧 的边 缘 向外 ， 场 的大小 与距离 中心轴 的距离 ｒ 磁
等离子熔覆技术应用分析
服 役性 能．
离 子 熔 覆 专 用 材 料 将 是 等 离 子熔 覆研 究 的重 要 方 向
裂纹 ， 同工 件 形 成 良好 冶 金 结 合 的 高质 量 冶 金 涂层 ．
高能束移动方 向
激光 束熔 覆 复合 陶瓷涂 层 可 以实现 表 面 的高质 量 和性
能， 但激光 设 备投 资 大 ， 作 环 境 要 求 严 格 ， 覆 效 率 操 熔 低， 成本 高． 因此 ， 必 要 寻求 新 的优质 、 效及 低 成本 有 高 的材 料表 面改 性技 术 ， 以满 足 日益 发 展 的工 程 技 术 需
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第 ｌ 卷 第 ２期 ９
２０ ０ ８年 ４月
中 原 工 学 院 学 报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＺＨＯＮＧＹＵＡＮ ＵＮＩ ＲＳＩ ＶＥ ＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
Ｖ ０１ １ Ｎｏ． ．９ ２
Ａｐｒ ２０ ．， ０８
中受 到苛 刻 的冲击磨 损 、 粒磨 损 和腐蚀 磨 损． 磨 目前 根
用 同步 送 粉 器 送 到 需 要 进 行 强 化 处 理 的 工 件 表 面 ， 同 时利 用 高 能 束 流 辐 照 使 合 金 粉 末 熔 化 ， 件 表 面 工 浅 层 同时 熔化 ， 工 件 表 面 形 成 合 金 熔 池 ， 能 束 流 在 高 束 移 开 之后 ， 工 件 自身 的 快 速 热 传 导 以 及 工 件 周 在 围空 气 的 辐射 传 热 作 用 下 ， 金 熔 池 快 速 凝 固 ， 而 合 从
等离子体表面改性技术(报告)
等离子体表面改性技术……吴师妹整理I前沿材料表面处理技术是U前材料科学的前沿领域，利用它在一些表面性能差和价格便宜的基材表面形成合金层，取代昂贵的整体合金，节约贵金属和战略材料，从而大幅度降低成本。
科学技术和现代工业的发展，对摩擦、磨损、腐蚀和光学性能优异的先进材料的需要日益增长，这导致了整个材料表面改性技术的发展与进步，其中等离子体表面改性技术发挥了重要作用。
等离子表面处理因其性能的优势和低廉的成本已成为材料科学领域最活跃的研究方向之一。
2等离子体表面改性的原理等离子体是一种物质能量较拓的聚集状态，它的能量范用比气态、液态、固态物质都高，被称为物质的笫四态，存在具有一定能量分布的电子、离子和中性粒子，在与材料表面的撞击时会将自己的能量传递给材料表面的分子和原子，产生一系列物理和化序过程。
一些粒子还会注入到材料表面引起碰撞.散射、激发、重排、异构、缺陷、晶化及非晶化，从而改变材料的表面性能。
3等离子体表面改性技术的种类根据温度不同，等离子体可分为拓温等离子体和低温等离子体（包括热等离子体和冷等离子体）。
高温等离子体的温度高达10&K〜10吆，在太阳表面、核聚变和激光聚变中获得。
. 丘/体一般为稠离子体，冷等离子体一般为稀薄等离子体。
在材料表面改性技术中，溅射、离子镀、离子注入、等离子化学热处理丄艺应用的是在低压条件下放电产生的低压（冷）等离子体，而等离r 喷涂、等离r淬火及多元共渗相•化、等离子熔覆価冶金等工艺中应用的是低温等离子体中的稠密热等离子体，通常指压缩电弧等离子束流。
3.1低压（冷）等离子体表面处理技术近年来，低压等离子体在表面镀膜、表面改性及表面聚合方面发挥着越来越重要的作用。
3.1.1溅射和离子镀溅射镀膜是基于离子轰击靶材时的溅射效应，采用的最简单装置是直流二极溅射，其它类型的溅射设备有射频溅射磁控溅射、离子束溅射等，其中磁控溅射山于沉积速率高，是U前工业生产应用最多的一种。
等离子表面冶金技术的现状与发展
内容摘要
最后，随着数字化和智能化的进步，冶金过程的远程监控和自动化控制将成 为可能，这将大大提高生产效率和产品质量。
内容摘要
总的来说，真空冶金技术作为现代工业的重要组成部分，其发展对工业进步 和科技创新具有重要意义。未来，我们期待看到真空冶金技术的进一步发展，以 满足更为复杂和多元化的应用需求，为人类社会的发展做出更大的贡献。
参考内容
内容摘要
双层辉光等离子表面冶金技术具有许多优点。首先，由于该技术是在等离子 体环境中进行，可以有效地提高材料表面的纯净度和致密性，同时减少材料表面 的氧化和污染。其次，该技术可以有效地提高材料表面的硬度和耐磨性，同时改 善材料的耐腐蚀
内容摘要
性和抗氧化性。此外，双层辉光等离子表面冶金技术还可以在材料表面形成 一层具有特殊性能的合金层，以提高材料的综合性能和使用寿命。
二等离子表面冶金技术的现状
2等离子镀膜技术：通过等离子镀膜技术在基体表面形成薄膜，实现表面的防 腐和耐磨。
3等离子注入技术：通过等离子注入技术将金属或非金属材料注入到基体表面 一定深度，实现表面的强化和耐磨。
二等离子表面冶金技术的现状
4等离子刻蚀技术：通过等离子刻蚀技术对基体表面进行加工，形成微纳米结 构，实现表面的强化和耐磨。
3、环保要求和安全问题
3、环保要求和安全问题
随着人们对环保和安全问题的度不断提高，粉末冶金技术的发展也更加注重 环保和安全。在生产过程中，降低能源消耗、减少环境污染、提高生产安全等方 面的要求越来越高，推动着粉末冶金企业不断改进工艺技术，提高环保意识和安 全生产水平。
4、产业结构调整和优化
4、产业结构调整和优化
等离子表面冶金技术的研究和应用已经涉及到多个领域，成为当前研究的热 点之一。在理论研究方面，等离子表面冶金技术的物理、化学和力学机制已经得 到了广泛的研究。在实践应用方面，等离子表面冶金技术已经在机械制造、汽车 制造、医疗器械、航空航天等领域得到了广泛的应用。
等离子表面处理技术发展及应用
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3 等离子表面强化方式 （3）等离子束熔覆强化
熔覆材料： 铁基合金粉末、镍基合金粉末、钴基合金粉末 需要时加入：WC、TiC、SiC、Al2O3等陶瓷相提高硬度
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3 等离子表面强化方式 （3）等离子束熔覆强化
届毕业设计，材科06级 王硕） 7) 304不锈钢等离子喷焊钴基合金涂层组织与性能研究
（2011届毕业设计，材科07级 栗志涛）
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5 近几年来开展的工作
等离子束扫描速度对硼铸铁 微熔处理硬化层组织与性能的影响
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等离子束扫描速度对硼铸铁微熔处理硬化层组织与性 能的影响
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➢ 等离子弧焊
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等离子熔覆基本原理图 等离子熔覆示意图
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高能束熔覆示意图
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等离子熔覆示意图
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等离子熔覆示意图
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1 等离子表面处理的优点
等离子束能量密度高、温度高、加热速度快、 时间短,处理工件变形小或无变形,工作效率高
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等离子束扫描速度对硼铸铁微熔处理硬化层组织与性 能的影响
图5 熔化区上部SEM照片 3000×
图6 熔化区中部SEM照片 3000×
图7 熔化区底部SEM照片 3000×
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等离子束扫描速度对硼铸铁微熔处理硬化层组织与性 能的影响
（a）右边为熔化区底部 500×
（b）相变区上部放大组织
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5 近几年来开展的工作
等离子束表面冶金技术的探讨
等离子束表面冶金(Cr,Fe)7C3／γ—Fe金属陶瓷复合涂层工艺
ｌ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｓ ） ， ２ ０ ０ ５ ， １ ８ （ ６ ） ： ６ ９ ５ —７ ０ ０ ．
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焊 接 学 报
第２ ８卷
３ 结
论
参考 文献 ：
［ １ ］ 李惠琪 ， 李惠东 ， 李 敏， 等． Ｄ Ｃ—Ｐ ｌ ａ ｍ￣一Ｊ ｅ ｔ 表 面冶金技 术研 究［ Ｊ ］ ． 材料导报 ， ２ ０ Ｏ ４ ， １ ８ （ １ ０ ） ： １ ９ ４ —１ ９ ７ ． ［ ２ ］ 李 敏， 李 惠东 ， 李 惠琪 ， 等． 等 离子 体 表面 改性 技术 的 发展 ［ Ｊ ］ ． 金属热处理 ， ２ ０ Ｏ ４ ， ２ ９ （ ７ ） ： ５ —９． ［ ３ ］ Ｌ Ｉ Ｈｕ ｉ ｑ ｉ ，Ｌ Ｉ Ｕ ｌ ｈ ｎ ｇ ｗ ｕ ，Ｌ Ｉ Ｈ ｕ ｉ ｄ ｏ ｎ ｇ ，日ａ ／ ．Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ Ｏ ｒ ｌ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｂ （ ￣ ｌ ａ Ｖ —
（ ２ ）以廉 价 的 Ｆ ｅ—Ｃ ｒ —Ｃ—Ｎ ｂ—Ａ １ 粉 末 为 原 料， 采用 等离 子束 表 面 冶 金 技 术 ， 在 Ｑ ２ ３ ５钢 表 面 制 得 以原 位生成 （ Ｃ ｒ ， Ｆ ｅ ） ７ Ｃ ３ 为增 强 相 ， 以 ７一Ｆ ｅ固溶 体 与少 量 （ Ｃ ｒ ， Ｆ ｅ ） ７ Ｃ ３ 构 成 的共 晶为 基体 的复 合材 料
涂层。
［ ６ ］ 刘均波 ， 王立梅 ， 黄继 华． 等离 子束表 面冶金 ｃ ／ Ｙ —Ｆ ｅ 金 属 陶瓷复合材 料 涂层 组 织 与耐 蚀性 ［ Ｊ ］ ．金属 热 处理 ， ２ ０ Ｏ ６ ， ３ １
等离子熔覆技术及应用
等离子熔覆技术及应用等离子熔覆技术是一种金属表面改性技术，通过等离子弧热源将金属粉末喷射到基底上，瞬间熔化并与基底进行冷却结合，形成一个具有金属涂层的工艺。
这种技术在汽车行业、航空航天工业、机械制造业、电子电器业等领域有广泛的应用。
等离子熔覆技术的工艺过程大致分为以下几个步骤：首先，将金属粉末通过喷粉设备喷射到基底表面形成一层粉末堆积层；然后，利用等离子弧进行加热，形成等离子气体，使金属粉末瞬间熔化；接着，利用等离子束的高速冲击力，使熔化的金属粉末喷射到基底上；最后，冷却结合，形成一个坚固的金属涂层。
等离子熔覆技术有以下几个显著的优点：1. 成本低廉：等离子熔覆技术无需使用昂贵的合金材料，采用粉末冶金原料即可，可以大幅降低成本。
2. 无需添加其他成分：等离子熔覆技术可以保持金属材料的化学成分不受改变，从而避免了在热处理过程中可能引起的材料变质。
3. 涂层质量高：等离子熔覆技术形成的涂层粒度小、致密度高、附着力强，能够形成均匀的涂层结构，提高材料表面的耐磨、耐蚀性能。
4. 处理速度快：等离子熔覆技术可以在很短的时间内完成涂层的制备，提高了生产效率。
等离子熔覆技术在各个领域有着广泛的应用，具体包括以下几个方面：1. 防腐蚀涂层：通过在金属表面形成耐腐蚀涂层，可以有效地提高金属材料的抗腐蚀性能。
在海洋工程、航空航天等领域应用广泛。
2. 功能性涂层：通过添加特定的合金元素，可以为材料赋予特殊的性能，如耐磨、耐热、导电、绝缘等，广泛应用于汽车引擎零部件、航空发动机等。
3. 修复和修复涂层：等离子熔覆技术可以将金属材料熔化后喷射到受损部位上，实现修复和修复。
在航空航天、石油化工等行业具有重要的作用。
4. 表面装饰涂层：等离子熔覆技术可以通过在金属表面形成不同颜色的涂层，进行表面装饰，广泛应用于珠宝、钟表等行业。
5. 复合材料涂层：通过在金属表面加覆复合材料，可以在保持金属材料机械性能的同时赋予其轻质、高强度等特性，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
等离子熔覆技术
（7）熔覆过程连续，易于实现全自动熔覆，劳动强度低，生产效 率高。
6
3、等离子弧熔覆技术特点
缺点：
（1）因粉末飘散有少量浪费； （2）因粉末飞溅，长时间施焊有粘嘴现象； （3）熔覆质量对粉末质量的依赖性大，大部分熔覆材料系自熔性合金。
7
4、等离子弧熔覆设备组成
8
4、等离子弧熔覆设备组成
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5、等离子弧熔覆技术的材料
1、等离子熔覆的原理
1
等离子熔覆技术（PTA），是采用氩气转移型等离子弧为热源，采 用合金粉末作填充金属的一种表面熔覆合金的工艺方法。适用于结构 形状较复杂，结合强度要求高的重要零件的再制造。
粉末 等离子束
基体
等离子弧工作示意图
等离子熔覆工作原理示意图
2
2、等离子弧熔覆技术分类
（1）按材料形状分为 粉末等离子弧熔覆
钴基合金粉末：熔覆层具有优良的高温性能，较好的热强性、热蚀性、韧性以及冷热疲劳性能。 一般用于较重要的耐高温磨蚀零件的强化和修复。如高温高压阀门板和阀座，各种发动机的排 气阀密封面以及用于热腐蚀条件下的飞机发动机部件 等。
11
6、等离子弧熔覆技术应用
采用等离子弧熔覆技术实现了小型零件的直接金属成形，成形零 件组织细密，力学性能均一。如已成功在发动机排气门密封锥面得到 了应用。
等离子弧熔覆 裸棒等离子弧熔覆
32、等离子弧熔覆ຫໍສະໝຸດ 术分类（2）按熔覆过程分为
同步送粉粉末等离 子弧熔覆
等离子弧熔覆
预置粉末等离子弧 熔覆
预置粉熔覆示意图
4
2、等离子弧熔覆技术分类
（3）按工作电流的大小分
等离子弧熔覆
等离子弧熔覆 微束等离子弧熔覆（工作电流＜30A）
等离子熔覆镍基合金及复合材料涂层的组织与性能研究
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。
等离子束表面冶金涂层技术研究与应用
合力 差 ， 抗 冲击 和热疲 劳 ， 不 生产过 程污 水 、 尘 、 粉 噪声 等污 染严 重 ， 以推 广 应用 。堆 焊 、 覆 、 难 熔 表 面冶金 等技 术 目前 已成为 工业 上受 欢迎 的实 用技 术 。但 耐磨 焊 条 自由 电弧 堆 焊 可 控性 差 ， 深 和 熔 稀释率 不均 匀 ， 孔夹 渣多 。熔覆 、 面冶 金 都涉 气 表 及到 高能量 束流 。高能量 束流 能量 集 中 、 效率 高 、 无三废 排放 、 应用 方式 灵活 ， 实现 其他 方法 无法 可 获 得 的优异 性 能 ， 年 来 获得 了快 速 发 展 。 目前 近
金属之 间存 在冶 金过 渡层且 成 分与基 体完 全不 同
的高合 金 或伪合 金层 。 按 照等 离子 束 表 面 冶金 的技 术 特 征 ， 与 熔 其
覆 技术 的差 异在 于熔 覆是 预先将 混合 好 的浆料 涂
敷 于基 体材 料表 面 ， 干燥 后 用 高 能束 流 照 射 涂 敷 层 使之熔 化 ， 基体 表 面产生 微熔层 ， 却后 凝 固结 冷 合 到一起 。涂敷 的材 料在熔 覆前 后主 要经历 了熔 化一 凝 固过 程 ， 没有 与基 体 显 著 的混 合 扩 散 反应
熔点 须低 于基 体材 料 。 按 照 等离子 束 表 面 冶 金 的技 术 特 征 ， 与堆 其
焊技术 的差异在 于堆 焊焊 条或 焊丝作 为熔 化 电极
等离子 束表 面 冶 金技 术 特 征 的定 义 是 ： 按 在
＊ 稿 日期 ： Ｏ ６ ｌ 一 ２ 收 ２ ０一 Ｏ ４
作 者 简 介 ： 均 波 （ ９ ３ ） 男 ， 东诸 城 人 ， 刘 １７ 一 ， 山 潍坊 学 院机 电 工程 学 院讲 师 ， 士 。 博
等离子熔覆——精选推荐
真空熔覆技术：该技术具有弧柱截面功率密度分布均匀，稳定性高，吹入等离子束流的合金与陶瓷粉末混合均匀等特点，从而大大提高了设备数控运行和熔覆工艺的稳定性，具有新颖性。
等离子熔覆强化的煤矿板输送机中部槽经下井试验，耐磨损寿命比未熔覆强化提高４倍，比耐磨堆焊提高了１倍以上。
激光熔覆技术：激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电器特性等的工艺方法。
激光熔覆设备该激光熔覆设备，采用YAG固体激光器，激光熔覆最重要特点是热量集中加热快，热影响区小冷却快，特别对不同材质之间熔融有着其它热源无法比拟的特点，也正是这一特殊的加热和冷却过程，在熔铸区域产生的组织结构也不同于其它熔覆（喷焊、堆焊、普通焊接等）手段，甚至可以产生非晶态组织，特别是脉冲激光更为明显。
这就是所谓激光熔覆不变形无退火的原因。
多功能激光热处理成套设备系列设备介绍：该设备采用了光机电一体化的总体设计，质量可靠，外型美观。
激光器采用华工激光具有国际水平的连续横流CO2激光器，数控系统采用五轴四联动或六轴五联动系统，机床采用拥有自主知识产权的悬臂式结构，特殊设计的高精度飞行光路系统及光头摆动机构，可实现柔性加工。
该设备性能稳定，人机界面清晰，操作简捷易学。
能进行激光相变淬火、激光熔凝淬火、激光合金化、激光熔覆/再制造等加工。
技术特点：●激光器光束特性好，发散角≤3mrad；能无He工作，降低运行成本。
●可选配扩束准直仪，在15m处光斑直径仅为Φ 50mm。
●机床为模块式组装，采用轻巧便捷的飞行光路，通过五轴四联动或六轴五联动的形式，对工件进行灵活高效的加工，X、Y、Z最大行程可达5m×2.5m×0.7m,设有柔性积分聚焦头，进行大幅面和曲面加工，满足各类零件（如轴类、盘类、平面类、齿槽类等零件）的激光加工，回转件的最大尺寸可达3000mm。
等离子熔覆技术的原理
等离子熔覆技术的原理等离子熔覆技术（Plasma Transferred Arc，PTA）是一种表面改性技术，利用高温等离子状态下的离子和电子来熔化喷涂材料，从而让喷涂材料与基体表面熔合。
该技术可以加强基体的耐磨性、防腐性和耐高温性能，可以应用在各种机械设备、航空航天和能源等领域。
一、原理PTA 喷涂过程中，利用高电流弧焊机（Electric Arc Welding System）形成的电弧来加热气体，产生等离子体（Plasma），将粉末或线状材料引入等离子区域，熔化喷涂材料成为等离子体状态，通过等离子区域中的气体压力引入到基体表面，形成涂层。
二、喷涂设备PTA 喷涂设备通常包括熔覆枪、电源设备和粉末喷枪。
熔覆枪是喷涂设备最重要的组件之一，一般包括电极、保护气流、冷却液流道和喷嘴等结构。
电源设备用于提供足够的电能来形成弧焊电弧和产生等离子体。
粉末喷枪用于将喷涂材料输送到熔覆枪内，通过等离子体喷涂到基体表面。
三、熔覆过程在喷涂过程中，首先调整好喷涂设备，选择合适的电极、保护气流和冷却液，在熔覆枪内产生电弧，并将气体转化为等离子体。
接着，通过粉末喷枪输送熔化喷涂材料到等离子区域，并随着等离子体向基体表面压入材料，形成涂层。
喷涂过程中，需经常检查喷嘴、电极和冷却液是否正常工作，以及材料的喷涂质量和喷涂速度等因素，保证喷涂的稳定和质量。
四、优点与应用PTA 喷涂技术具有多种优点，如高密度、高结合强度、均匀分布的熔池和熔深、低氧化度等。
该技术广泛应用在航空航天、石油化工、冶金等领域，可用于提高工业设备的耐用性和性能，延长设备使用寿命。
该技术还可以用于新材料的制备，如硬质合金、高分子材料、纳米材料等。
PTA 等离子熔覆技术是一种先进的表面改性技术，已广泛应用于工业生产和科研领域。
该技术具有高效、稳定和精准的喷涂效果，可以对基体表面进行改性，提高其机械性能和使用寿命，在多种领域都具有很高的应用价值和潜力。
五、发展现状PTA 喷涂技术在国内外均得到广泛应用。
激光等离子熔覆技术 -回复
激光等离子熔覆技术-回复什么是激光等离子熔覆技术？激光等离子熔覆技术是一种先进的表面处理技术，它将激光束和等离子束结合起来，通过将材料加热到临界温度以上并迅速冷却，以在基体表面形成一层密实、致密的覆盖层。
这种技术可以在材料表面形成高质量、高硬度和高耐磨性的涂层，从而改善材料的表面性能和延长材料的使用寿命。
激光等离子熔覆技术的工作原理是怎样的？激光等离子熔覆技术的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 蒸发与等离子化：激光束通过对材料表面进行照射，使得材料表面局部升温。
当材料温度升高到一定程度时，材料表面的部分原子开始蒸发，形成一个等离子体。
2. 等离子束加热：通过对等离子体进行高能电子束或离子束加热，使得等离子体的温度进一步升高。
等离子体中的原子会不断碰撞并传导热量到材料表面，使得材料表面处于高温状态。
3. 覆盖层生成：高温下，蒸发的原子、离子和基体表面的原子会发生反应和结合，形成一层涂层。
这个涂层在快速冷却的过程中，会实现固态结晶变为单质或化合物。
4. 冷却与凝固：经过加热后，通过迅速冷却，涂层会迅速凝固。
在凝固过程中，由于快速冷却的速度，涂层的晶格结构会紧凑有序，形成高硬度、高密度的均质结构。
5. 结构与性能调控：激光等离子熔覆技术可以通过调整激光功率、扫描速度、材料成分和冷却方式等参数来控制涂层的结构和性能。
例如，可以在涂层中引入合金元素或采用多层复合结构，从而更好地满足不同应用的要求。
激光等离子熔覆技术在哪些领域有应用？激光等离子熔覆技术在很多领域都有广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 金属加工：激光等离子熔覆技术可以用于金属材料的涂层加工，例如在机械、汽车、航空、航天等行业中，可以加工耐磨、耐蚀、耐高温的表面涂层，提高零部件的使用寿命和性能。
2. 能源领域：激光等离子熔覆技术可以用于涂层材料的制备，例如用于太阳能电池的抗反射涂层、热电材料的改性等。
3. 生物医学：激光等离子熔覆技术可以用于医用材料的表面改性，例如在人工关节、医用器械等方面的应用，可以提高材料的生物相容性和耐磨性能。
等离子熔覆技术在矿山机械中的应用
进 行 表面 强 化 ， 够 扩 大 普 通 材 料 的使 用 范 围 ， 能 所
以 ， 离子 熔覆 技术 在很 多领 域 得到 了广 泛 的应用 。 等
■
图 １ 耐 磨 中部 槽
１ 提 高 刮 板 输 送 机 中部 槽 耐磨 性
目前 我 国煤矿 生产 中刮板机 应用 较多 的 中部槽
的合金 陶 瓷粉末 熔 覆 层 。加 工 过 程 中 ， 由于 在 合 金
陶瓷粉末 中添加 了 Ａ ： 陶 瓷等 防火 花 成分 ， 有 １ 、 ０ 具 切 割半 煤岩 、 岩石 ， 纯 甚至 和钢 铁物 体撞 击 时消 除火 花 的作 用 ， 以 这 种 截 齿 又 被 称 为 “ 火 花 耐磨 截 所 无
较 短 ， 要 经常更 换 ， 需 这样 不 仅 增 加 成 本 ， 且 影 响 而
开裂 ， 既简化 了工艺 ， 又提高了质量。
采 掘效 率 。通过 研 究 发 现 ， 截齿 的 主要 失 效 形 式 有
以下 ４种 ： 正常 磨损 ； ① ②合 金头 脱落 ； 崩裂 ； 齿 ③ ④
柄 折断 。崩 裂和 齿柄 折断 ２种失 效形 式 可在加 工 截 齿 过程 中通 过调 整 热 处理 工 艺 解 决 ， 里 主 要 阐述 这 利 用等 离 子熔覆 技术 解决 截齿 的磨 损 和合金 头脱 落
２ １ 年第 ８ ０ １ 期
中 州煤 炭
总第 １８ ８ 期
等 离 子熔 覆 技 术在 矿 山机械 中的应 用
马 宗彬 ， 兵权 ， 涛 张 陈
（ 南 省 煤 炭 科 学研 究 院 有 限 公 司 ， 南 郑 州 河 河 ４ ００ ） ５ ０ １
摘 要 ： 通 金 属 材 料 通 过 等 离 子 束 表 面 熔 覆 处 理 ， 以得 到 具 有 特 定 性 能 的异 质材 料 ， 用 等 离子 熔 覆 技 术 ， 普 可 使 可 对 普 通 金 属 材 料 进 行 表 面 强 化 ， 大 普 通 材 料 的使 用 范 围 。 阐 述 了等 离 子 熔 覆 技 术 的原 理 ， 扩 以等 离 子 熔 覆 技 术 提 高 刮 板 输 送 机 中部 槽 和 采 煤 机 截 齿 耐 磨 、 冲 击 性 能 上 的 应 用 为 例 ， 其优 越 性 进 行 了介 绍 。 抗 对 关键 词 ： 离 子 熔覆 技 术 ； 磨 中部 槽 ； 磨 截 齿 ； 覆 处 理 ； 面 强 化 等 耐 耐 熔 表
激光等离子熔覆技术及再利用
激光等离子熔覆技术及再利用激光等离子熔覆技术是一种先进的金属材料表面处理技术，它利用高能量密度的激光束将金属粉末喷射到基材表面形成涂层。
该技术具有高效、环保、节能等优点，并且具有广泛的应用前景。
激光等离子熔覆技术具体的工作原理是将金属粉末在等离子炬燃烧室中进行预热，然后通过电磁加热的方式将金属粉末熔化，随后通过惰性气体的喷射形成涂层。
激光束的高能量密度可以使金属粉末瞬间熔化并与基材表面发生冶金反应，从而形成均匀致密的涂层。
激光等离子熔覆技术可以对不同种类的金属粉末进行熔覆，如铝合金、钛合金、不锈钢等，也可以对不同类型的基材进行涂覆，如钢板、铝板等。
激光等离子熔覆技术具有许多优点。
它可以实现高效的涂层形成，不仅能够提高涂层的附着力和耐磨性，还可以提高涂层的耐腐蚀性和导热性。
由于激光熔覆过程中只有金属粉末熔化，因此可以大大减少工艺过程中对环境的污染。
激光等离子熔覆技术可以实现材料的局部涂覆，不仅能够节省材料和能源，还可以减少整体工艺成本。
激光等离子熔覆技术还具有较高的自动化程度，可以实现在线监测和远程控制，提高生产效率和产品质量。
激光等离子熔覆技术的再利用主要通过以下几个方面实施。
可以对熔覆涂层进行再加工，如机械加工、切割等，以满足不同的工程要求。
可以对涂层进行修复和加固，以延长其使用寿命。
可以对涂层进行再融合，形成新的涂层结构，以提高其性能。
可以对废旧涂层进行再回收，以减少资源的浪费和环境的污染。
激光等离子熔覆技术是一种先进的金属材料表面处理技术，具有高效、环保、节能等优点，并且具有广泛的应用前景。
通过对涂层的再加工、修复和加固、再融合、再回收等方式，可以实现激光等离子熔覆技术的再利用，减少资源的浪费和环境的污染。
这将对推动金属材料表面处理技术的发展和应用具有积极的促进作用。
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利用等离子原位冶金技术在齿体头部盲孔内直接
合成硬质合金刀头。
利用梯度材料技术等。
解决刀头磨偏——强化齿头部位淬火热处理
强化齿体淬火，加深淬硬层，提高硬度。
采用中频感应间歇喷淋水冷淬火。 更换淬透性更强的合金调质钢。 采用空冷贝氏体钢。 提高齿柄加工精度。
解决齿体脆断或弯曲——调整热处理工艺
3、齿头磨偏。
强化齿头部淬火；齿柄提高精度。
4、齿体脆断或弯曲。
调整热处理工艺。
解决刀头脱落——强化钎焊质量
常用硬钎料有铜基、银基、铝基和镍基钎料等。硬钎焊接头强
度一般大于200Mpa；
铜锌类钎料主要应用于铜合金氩弧焊和钢的堆焊；铜锌锰（钴 镍）类钎料主要用于硬质合金的钎焊；铜镍锰类钎料主要用于 高温高强度工件的钎焊；铜硅类钎料主要用于氩弧钎焊；铜锰
术基础之上发明的。
2、堆焊简单方便，投资小。但熔深不一致，硬度不均匀，耐磨耐蚀
性差，操作环境差，表面粗糙，气孔夹渣多，热影响区深，工件
变形大，效率低。
3、激光熔覆技术特点：功率密度均匀，可控性强，涂层质量好。缺
点是：大功率激光器价格高昂，能量转换效率低，工作环境及维 护条件要求高，生产成本高。仅限于实验室研究和少量高附加值 产品的生产。
同时熔覆层在截割岩石或遇到煤结核时不产生火花，提高 了煤炭生产的安全性能。
DRF-3型截齿等离子 强化专用数控设备
新型采煤机截齿成套生产线
技术应用---等离子熔覆强化无火花本安型截齿
生产工艺特点：
采用钎焊热处理一体化工艺，减少能量损失，能耗降低；
采用双介质热处理工艺，利用数控技术进行控制，质量稳定；
等离子熔覆耐磨复合板是利用我公司自主研发的等离子束
表面冶金技术在普通钢板上熔覆一层高硬度合金陶瓷层而成。 复合板表面平整美观，耐磨层与基板呈冶金结合，不脱落，耐 磨性能优异，可根据需要切割或焊接使用。
等离子熔覆耐磨复合钢板
技术应用---等离子熔覆耐磨复合板
产品特点：
熔覆层表面平整美观 普通钢板作为基板，耐冲击性能好 可根据需要切割、焊接或弯曲加工，更换维修方便，性价比高
等离子熔覆技术及应用
材料学院 2014.10
主要内容
一、等离子熔覆耐磨处理技术及设备
二、等离子熔覆耐磨处理技术的应用
1、等离子熔覆耐磨刮板输送机 2、等离子熔覆强化无火花本安型截齿 3、等离子熔覆耐磨复合板
三、荣誉及支持
一、等离子熔覆耐磨处理技术及设备
等离子熔覆耐磨处理技术简介
等离子熔覆技术是继堆焊技术、激光熔覆技术之后发展
设计高性能涂层材料体系
研究性能可靠的专用等离子发生器 开发专用成套等离子熔覆设备与工艺 获得冶金结合高性能涂层，实现批量化生产
技术关键
形成环状负压等
离子束，减少粉末 材料在等离子射流
粉末 保护气 等离子束 基体
中的速度差异，并
减少粉末散失。
同步注入粉末等离子束示意图
等离子发生器
喷嘴周围增加均
等离子熔覆耐磨处理设备特点
可在锈蚀及油污的金属零件表面，不经清洗等复杂的前处理工艺， 直接进行等离子熔覆，不产生前处理污染； 对操作环境无特殊要求，无需设备降温、除尘等辅助要求，设备 维修、维护容易；
采用数控自动化控制技术，操作简单，运行稳定可靠，可实现工 业化批量生产。
DRF-2型等离子熔覆设备
等离子束能量密度高，基体表面与合金粉末同时熔化，保证了
合金层与基材之间呈完全冶金结合，不脱落；
等离子熔覆层为厚度均匀的纯合金或金属陶瓷层；而堆焊层
为大量铁水稀释的不均匀合金层，故其外观和内在质量不如 等离子熔覆层；
操作环境大幅度改善，消除了堆焊时放出有害气体对工人的危
害，劳动强度大幅度降低，且生产效率比堆焊提高 10倍，能耗 降低20%。
参数的设计，做到采完一个工作面后，仅熔覆层受到磨损，
中部槽、机头机尾基体不磨损；采下个工作面时，根据熔 覆层磨损情况重新进行参数设计并熔覆处理，周而复始。
技术应用---等离子熔覆耐磨刮板输送机 再生计划
响应国家节能减排政策，积极推行“再生计 划”,为煤炭行业节约了大量成本。利用等离子束 表面冶金技术对煤矿因磨损报废的中部槽进行熔 覆合金强化处理后，使之获得新生，为煤矿节约
等离子修复再制造刮板机(每次) 等离子强化刮板输送机 日本进口耐磨合金钢刮板输送机 国产普通刮板输送机
10 0
30 20 使用寿命（过煤量万吨/部） 10
市场价格（万元/部）
使用寿命（过煤量万吨/部） 市场价格（万元/部） 等离子强化、修复再制造刮板机与进口、普通刮板机主要指标对比
0
技术应用
等离子熔覆耐磨复合板
机械传动系统——按照实际工件专门设计 工装——按照实际工件专门设计
DRF-2型等离子熔覆耐磨处理设备
单层中部槽中板的耐磨强化处理 中部槽制造企业中板耐磨预处理
DRF-5B型等离子熔覆耐磨处理设备
大型封底式中部槽的耐磨强化处理 管道内壁的耐磨强化处理
DRF-S手持式等离子熔覆耐磨处理设备
了大量材料。
技术应用---等离子熔覆耐磨刮板输送机
利用DRF-5B型等离子熔覆设备中板及底板都可进行 熔覆耐磨处理。
技术应用---等离子熔覆耐磨刮板输送机 修旧利废，变废为宝
已使用过的旧中部槽、机头机尾，整体性较好仍具有
使用价值，但再用到下个工作面时，其耐磨性和强度不
能保证采完整个工作面，可采用该技术进行耐磨处理。 根据工作面地质条件等具体情况进行熔覆参数的设计， 做到回采过程中只磨损熔覆层，基体不磨损，仍保持原 有强度，达到修旧利废的目的。
在热处理时对硬质合金进行自动保护，消除了热处理对硬质合 金的影响；
创制了提高钎焊充满度的自动装置，保证了钎焊质量； 采用等离子熔覆处理技术，截齿既耐磨，又不产生火花。
技术应用---等离子熔覆强化无火花本安型截齿
无火花截齿剖面图
技术应用---等离子熔覆强化无火花本安型截齿
公司生产的截齿各项指标与国家标准的对比
与相近技术的本质区别
1、熔覆：预涂浆料，干燥后用高能束熔化涂层，基体达到微熔，要求涂敷材料熔点 ≥基体，否则会形成熔凝珠，不能形成涂层。 2、涂敷烧结：预涂浆料，基体加热，类似钎焊或搪瓷，基体不熔，涂料熔化流平， 要求涂料熔点＜基体。 3、堆焊：焊条或焊丝熔化速度大大高于基体，低碳钢制造的焊条或焊管的稀释不可 避免，电弧的高频脉动导致成分组织处处不均匀，烟雾大，质量差。 4、等离子喷涂喷焊：要求雾化粉粒径分布窄、熔点低、凝固区间宽。涂层呈叠片状 ，与基体机械嵌合，有少量焊合。需高的喷射速率，严格的前处理。粉尘大、噪
DRF-5B型等离子熔覆设备
DRF-S手持等离子熔覆设备
截齿等离子熔覆设备
等离子熔覆设备的主要构成
控制部分——控制各部件按照工艺参数稳定运行 主电源——供给高空载电压的大功率陡降外特性直流电 等离子炬——转移弧同步送粉柔性弧长寿命等离子炬 送粉系统——与起灭弧无滞后同步开关送停粉宽参数炬
水冷系统——恒温冷却等离子炬及电缆，有水压保护
部件之间以及与矸石或煤炭的剧烈摩擦而引起的磨损失效。
SGB630/150C刮板输送机
堆积如山的磨损失效中部槽
技术应用---等离子熔覆耐磨刮板输送机
槽帮钢
压链器
舌板
刮板
中部槽
技术应用---等离子熔覆耐磨刮板输送机
中部槽（中板、槽帮钢）、刮板、链轮、舌板等易磨损部位
都进行了熔覆耐磨处理，使各部件达到同步磨损，实现最佳 配合，有效延长了耐磨寿命；
压环槽，获得柔
性等离子束，减 小冲刷力，防止 合金氧化，稳定 弧柱。
高稳定柔性等离子发生器剖视图
均压环槽
等离子熔覆示意图
直流电源 离子气 冷却水 阴极 粉末 保护气
等离子束流
涂层
基材
等离子熔覆耐磨处理技术特点
可在锈蚀及油污的金属零件表面不经过喷砂等复杂的前处理
工艺，直接进行等离子熔覆，工艺简单，不产生前处理污染， 成本低、效率高；
调整齿体淬火后的回火温度。
调整中频感应间歇喷淋水冷时间。
更换淬透性更强的合金调质钢。
采用空冷贝氏体钢。 采用亚温淬火。 采用高温深冷低碳马氏体强化。
截齿生产新旧工艺对比
ห้องสมุดไป่ตู้
旧生产工艺：
工艺流程： ①下料→②锻造→③机械加工→④钎 焊硬质合金→⑤截齿整体油淬调质热处理或盐浴等 温淬火→⑥表面清理、涂油、装卡、包装。
起来的提高金属表面耐磨性能的最新技术之一。
基本原理：
在柔性高温等离子束流作用下，将
合金粉末与基体表面迅速加热并一起熔 化、混合、扩散、反应、凝固，随着等 离子束移动的同时自激冷却，在金属零 部件的表面形成一层与基体呈冶金结合 的高硬度金属陶瓷层，从而实现表面的 强化与硬化。
等离子熔覆技术背景
1、等离子熔覆技术是在堆焊、激光熔覆、等离子喷涂、涂敷烧结技
耐磨板表面
耐磨板纵剖面
技术应用---等离子熔覆耐磨复合板
耐磨层与基板呈冶金结合，结合强度高，不脱落 硬质相弥散分布，复合板性能均匀稳定
新生产工艺：
工艺流程：①下料→②锻造→③机械加工→④等离 子熔覆→⑤钎焊并中频感应间歇喷淋水冷淬火→⑥ 表面清理、涂油、装卡、包装。
技术应用---等离子熔覆强化无火花本安型截齿
采用等离子熔覆技术，在截齿头部均匀熔覆一定厚度的金 属陶瓷层，有效地保护了硬质合金刀尖，提高了截齿头部的耐 磨性能，从而大幅度延长了截齿的使用寿命；
80
60
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20