一种基于稀土堆焊合金的镍基合金表面堆焊研究
稀土元素对镍基喷焊合金层摩擦表面形成氧化物膜的影响
稀土元素对镍基喷焊合金层摩擦表面形成氧化物膜的影响翟光杰;刘家浚;朱宝亮
【期刊名称】《摩擦学学报》
【年(卷),期】1996(16)1
【摘要】稀土元素能够有效地改善镍基喷焊合金层的组织，提高其耐磨性和承载能力．为了弄清稀土元素在镍基喷焊合金层中的作用机理，利用Ｘ射线光电子能谱仪、俄歇电子能谱仪和二次离子质谱仪等现代分析设备，就稀土元素对镍基喷焊合金层摩擦表面形成氧化物膜的影响进行了试验研究与分析．结果表明，添加稀土元素能够明显增大喷焊合金层摩擦表面氧化物膜的厚度，并在氧化物膜与基体之间产生富集，这对提高喷焊合金层与基体的结合强度。
【总页数】7页(P21-27)
【关键词】氧化物膜;摩擦磨损;镍基喷焊合金;稀土族
【作者】翟光杰;刘家浚;朱宝亮
【作者单位】中国科学院物理研究所;清华大学摩擦学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.15;TH117.1
【相关文献】
1.复合钢管中镍基合金喷焊层对焊缝裂纹敏感性的影响 [J], 徐静芳;李长印;张宝岭
2.添加元素Cu、Mo对镍基合金喷焊层组织和性能的影响 [J], 王戬;田文怀;刘小萍
_2O_3对钛合金表面镍基喷焊涂层组织和性能的影响 [J], 王宏宇;许晓静;陈康敏;张雪峰;刘曦
4.稀土元素对提高镍基喷焊合金层耐磨性的效果 [J], 翟光杰;刘家浚
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稀土元素对镍基铝合金激光熔覆涂层性能的影响
稀⼟元素对镍基铝合⾦激光熔覆涂层性能的影响铝合⾦表⾯硅化改性研究⼀实验原理1.1.铝与铝合⾦铝及铝合⾦具有⽐重轻、⽐强度⾼、耐蚀性好、导电导热性好、⽆磁性、韧性好等优点，且地球上铝资源含量丰富，其含量仅次于氧和硅，因⽽显⽰出⼴阔的应⽤前景。
随着现代⼯业的快速发展，铝⼯业的技术⽔平已经达到了很⾼的⽔平，⽣产范围已遍布全球。
铝硅系合⾦，⼜称为“铝硅明”，硅含量⼀般在 4%以上。
这类合⾦不仅能保持纯铝的优良特性，⽽且由于合⾦化或者热处理的作⽤，使其具有良好的综合性能。
铝硅构成⼆元共晶合⾦，共晶点成分为含 Si 量11.7%，共晶反应温度⼤约为 577 ℃，共晶反应为 L—α+β。
Al-Si 合⾦室温下仅形成α-Al和β-Si 两种相，α相是 Si 在 Al 中的固溶体，成分、性能和纯铝相近。
⾼硅含量的铝合⾦，具有密度⼩，热膨胀系数低，铸造性能和抗磨性能好，是⼀种重要的铸造铝合⾦，特别适于制造轻质、耐磨耐⾼温的航天飞⾏器和汽车零部件。
1.2 激光熔覆⼯艺激光熔覆亦称激光熔敷或激光包覆，是利⽤⾼能密度激光束将添加在基体表⾯的具有特定功能的熔覆材料加以照射加热，从⽽使熔覆材料与基材⼀起相互熔合，在基材表形成具有完全不同成分与性能的合⾦熔覆层，从⽽提⾼材料的使⽤寿命。
与其他表⾯改性技术相⽐，激光熔覆技术诸多特点:（1）熔覆材料体系选择⾮常⼴泛，能量密度⾼；（2）激光是⼀快速加热快速冷却的过程，所以具有快速凝固的组织特征，甚⾄产⽣亚稳相、超硬弥散相、⾮晶等具有新的组织结构；（3）激光束的⾼能密度能产⽣近似绝热的快速加热，所以基体热输⼊和变形⼩，可以对成形⼯件进⾏改性；（4）涂层厚度范围可控制，涂层稀释率低，材料消耗少，熔覆涂层与基材之间能形成冶⾦结合，⼯艺易于控制和灵活，易于实现⽣产化和机械化。
激光处理技术在铝合⾦表⾯成功地制备出各种硅涂层，提⾼了基体的硬度、耐磨、强度等性能。
但是他们熔覆的的强化层硬度不是很⾼，同时硬度的提⾼没有达到⼀定的深度要求，强化层与基体间硬度下降较快，从⽽引起铝合⾦的整体质量。
一种合金堆焊工艺[发明专利]
![一种合金堆焊工艺[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/947a863a33d4b14e842468df.png)
专利名称：一种合金堆焊工艺专利类型：发明专利
发明人：钟群
申请号：CN201910118243.8申请日：20190216
公开号：CN109590669A
公开日：
20190409
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明在此提供一种合金堆焊工艺如工艺，操作时，堆焊表面必须打磨呈现金属光泽并不得有油污，并且堆焊前作2.5MPa水压试验，采用堆焊过渡层（ER307si焊丝）进行操作，去应力退火；打磨或车削达堆焊合金前尺寸要求；堆焊用电炉将工件加温至250‑300度，然后采用用专用合金焊材堆焊，堆焊时用红外线测温枪检测工件温度，堆焊时工件温度低于250度立即进电炉加温至250‑300度；堆焊完成前30min将电炉升温与工件接近，完工后立即进炉去应力退火；退火后使工件缓冷至85度以下出炉；加工完成后进行增硬处理。
本发明可以解决现有合金焊材不符会在使用过程中出现渗漏、脱焊、裂纹、甚至断裂等现象。
增长破胶机、破碎机、捏炼机、密炼机使用寿命，满足耐腐蚀、抗磨损。
申请人：四川亚西机器有限公司
地址：614800 四川省乐山市五通桥区牛华镇
国籍：CN
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稀土合金的焊接工艺研究
稀土合金的焊接工艺研究稀土合金由于其独特的性能，在许多高科技领域和重要工业应用中发挥着关键作用。
然而，要将稀土合金有效地焊接起来，可不是一件简单的事儿，这里面的门道可多着呢！先来说说稀土合金焊接为啥这么重要。
我之前在一家工厂参观的时候，就碰到过因为稀土合金焊接不过关，导致整个产品报废的情况。
那是一批用于航空发动机的稀土合金部件，就因为焊接处出现了微小的裂缝，结果在测试的时候出了大问题。
这损失可不小啊，不仅浪费了材料和时间，还耽误了交货的期限。
从那以后，我就深深意识到，稀土合金的焊接工艺研究，那是容不得半点马虎。
咱们来聊聊焊接方法。
常见的有钨极惰性气体保护焊（TIG 焊）、熔化极惰性气体保护焊（MIG 焊）以及激光焊等。
TIG 焊呢，它的焊接质量相对较高，焊缝美观，但是焊接速度有点慢。
就好比你慢慢地绣花，虽然绣出来好看，可太费时间。
MIG 焊呢，焊接速度快，效率高，可有时候焊缝的质量不太稳定，就像跑步太快容易摔跤一样。
激光焊那可就厉害了，焊接精度高、热影响区小，但是设备成本高，不是所有厂家都能用得起的。
在焊接稀土合金的时候，焊接材料的选择也特别重要。
得选那种和稀土合金性能匹配的焊丝或者焊条，不然就像不合脚的鞋子，怎么穿都不舒服。
有一次，一个工人图省事，用了不匹配的焊接材料，结果焊缝强度不够，一检测就不合格，又得重新返工，那叫一个麻烦。
还有焊接参数的设置，这可真是个技术活。
电流、电压、焊接速度、气体流量等等，每一个参数都得调得恰到好处。
电流太大，容易烧穿焊件；电流太小，又焊不透。
就像做饭时火候的掌握，火大了饭糊了，火小了饭不熟。
焊接前的准备工作也不能忽视。
焊件表面得清理干净，不能有油污、锈迹啥的，不然会影响焊接质量。
我见过一个粗心的师傅，没清理干净就开始焊接，结果焊缝里全是夹杂物，质量差得一塌糊涂。
焊接过程中的环境控制也很关键。
温度、湿度都得合适，不然也会影响焊缝的性能。
比如说在潮湿的环境中焊接，焊缝容易产生气孔，就像面包里的气泡一样，影响质量。
NDG-2镍基耐磨堆焊合金硬质相的研究 (1)
2 材料与试验方法
实验用堆 焊合金粉粒 度 50~200 目 ，用等离子 弧
堆焊到 厚 10mm的A3 钢 板上， 送粉气 流Ar13L/min,
送粉量 90~100g/min，堆焊电流 170A转移 弧电压 24V。
堆焊合金 厚度 5mm。堆 焊合金化学 成分：Ni 63.24%、
W 14.93%、Cr 20.17%、Fe 0.98%、P 0.059%、S 0.014%、
图 2 M7C3 晶体立体形 态 Fig 2 Micr ostructure of M7C3 crystal 在 大的 凝固 速度 下 碳化 物可 以析 出生 长成 完 整 的六角棒 晶体。初晶M7C 3晶体以小平 面生长，到一 定 程度后就 以六角形状 进行包抄生 长，从 而形成六角 形 壳，再从壳壁 向内凝固。是 否形成完整 的六角棒晶 体 将取决于 初晶六角形 中包围的共 晶熔液中Cr 、C 、Ni、 W含 量的 多少及 初晶 M7C3晶体 的生 长速度 。M7C3 六 角棒 状晶 体相 对于 合金 磨损 面的 生 长取 向对 合金 抗 磨损能 力的响很 大[5,6]。如 果M7C3 棒状晶体 垂直于 合 金磨损面 析出生长，则可以 在合金磨损 时磨粒的压 入 和滑行都 受到强烈的 阻碍，使合金抗磨 粒磨损能力 大 大提高。 (Ni,Cr,W,Si)是 镍基 耐 磨堆 焊合 金 中出 现的 一 种 重要金属 间化合物硬 质相，由于其晶体 几何外形与 合 金表面取 向不同，在 金相组织中 会呈现不规 则形状， 如三角状 、四边形状 、多边形 和枝晶状。对电解萃 取 的(Ni,Cr,W,Si)晶体颗粒做 X 射线 衍射结构分 析表明， (Ni,Cr,W,Si) 晶 体 具有 镍 基 合 金中 π相 的立 方 晶 体 结 构，测定 晶格常 数 a =1.0923nm。 显微硬度 为 1600~ 1800， 晶 体平 均成 分 ：Ni 27.06%、 Cr 25.61%、W 32.42%、 Si 15.11%。对 萃取的 (Ni,C r,W,Si) 晶体和 堆 焊合金不 同位置的金 相组织的 S EM 观 察可以看出 其 晶体 结晶 外形 也为 小平 面生 长， 初 晶为 等轴 枝晶 生 长，也可 以证明晶体 具有立方结 构，见图 3。 根据 金属凝固学 理论，立方体胞状 树枝晶的长 大 方向是密 排晶间形成 的锥体的主 轴，(Ni,Cr,W,Si)晶 体 析出生长 时，这些 向的 生长线速度 最快，这是由 于
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的修 复方法 之 一 。
长 之处 ， 有应 用 的局 限性 ， 精 密 可 控 成 形再 制 造 也 而
研 究 采 用 稀 土 堆 焊 合 金 ， 究 了 镍 基 合 金 表 面 的 研
Ｉ 目前 常规修 复技 术 的种类 很 多 ， 每种技 术有 其 擅 Ｔ Ｇ堆 焊工 艺 及 组 织 和 性 能 。
量 的 Ｆ： 成 ， 焊层组织分布均匀 ， 开裂 、 ｅＣ组 堆 无 气孔 等 缺 陷 ， 微 硬 度从 １４ Ｖ 提 高 到 ７ ０ Ｖ 。 显 ７Ｈ 。 ８Ｈ 。
关 键 词 ： 基合 金 ； 焊 层 ； 膨 胀 系 数 ； 镍 堆 线 显微 组 织
ＤＯＩ １ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １ ０ —０ ３ ２ １ ． ． ０ ：０ ３ ６ ／ ．ｓ ． ０ ５５ ５ ． ０ １ ５ ０ ６ ｓ
李 永 平 ， 徐 依 文 徐 培 全 ，
（ ． 海 工 程 技 术 大学 航 空 运 输 学 院 ， 海 ２ １２ ； ． １上 上 ０ ６ ０ ２ 同济 大学 航 空 航 天 与 力 学 学 院 ，上 海 ２ ０９ ；３ 上 海 工 程 技 术 大 学 ００２ ． 材 料 工 程 学 院 ， 海 ２ １２ ） 上 ０ ６ ０
第 ３ 卷 第 ５期 １
２１ ０ １年 １ ０月
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种 基 于 稀 土 堆 焊 合 金 的 镍 基 合 金 表 面 堆 焊 研 究
． ： ＳＣ作 为 堆 焊 合 金 ， 分 如 表 １所 成 等 。利用 堆焊 技术 可 以改变 零 件 表 面 的化 学 成 分 选 择 ＷＣ Ｙ Ｏ ．ｉ ２ ｉ５ ％ ｅ 属 和 组织 结构 ， 善其 性 能 ， 长零 件 的使 用 寿命 ， 完 延 具有 示 。 镍 铁 基 合 金 的成 分 为 ４ ％ Ｎ ，８ Ｆ ， 于 因
该 重要 的经济 价值 。现 代 装备 制 造 领 域 产 品 的修 复 已 瓦合 金 的一 种 ， 合 金 采 用 真 空 感 应 熔 炼 的 方 法 经 该 ０～ １ ０Ｃ， ０ ～ ０ ３ ｏ 经 由计 划维 修 发展 到 诊 断 维 修 、 知 维 修 ， 而 跨 越 熔 炼 而 成 ， 测 试 ， 合 金 在 ３ 预 进
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发 生故 障 的 重 大装 备 重 新 焕 发 生机 ， 再 制 造 ” “ 的成 Ｏ ＝ ． ４×１ ～ ， 合 合 金 的 因瓦 性 。所 有 试 ／ ， … ４９ ０ 符 样 在 使 用 之 前 要 用 丙 酮 或 酒 精 仔 细 清 洗 ， 除 油 去
摘 要 ：研 究 了 镍 基 合 金 的组 织 、 组 成 ， 行 了镍 基 合 金 表 面 堆 焊 工 艺 试 验 ， 究 了 堆 焊 层 宏 观 组 织 及 微 观 组 织 的 相 进 研 分 布 ， 进 行 了堆 焊层 及 界 面 区 域 的 显 微 硬 度 分 布 测 试 。结 果 表 明 ： 出 的镍 基 合 金 由 一Ｍ ，Ｆ ） Ｆ Ｎ Ｎ 和 少 并 提 （ ｅ ， ｅ ｉ， ｉ
等 ’ 但 镍基 合金 强度 仍然 无 法满 足 特殊 场 合 强度 著 细 化 ， 影 响 其 它 元 素 的扩 散 与 新 相 的 形 核 和 引， 并
最 要 求及 高温 热强 性要 求 ， 堆焊 技术 仍是 目前 广泛 常 用 长 大 ， 终 引 起 界 面 组 织 与 性 能 的 变 化 。 本
０ ３ ｏ ０℃ 发展 到 “ 制 造 ” 再 阶段 ， 是 推 进 高 科 技 维 修 手 段 产 ２ ０ Ｃ， ０～３ ０ 范 围 的 平 均 热 胀 系 数 分 别 为 ： 这
业 化 的重大 突破 。凭 借 高科 技 维 修 方 式 ， 使 老 化 、 仅３ ０ 可 ０“０
本 仅是 生产 新 品的 ４ ％ 左右 。 。 ０ 。 ’
的修 复技术 已成 为重 要 发 展 方 向。 目前 采 用 的 修 复 １
技术 主要 有 机械 加 工 、 电刷 镀 、 电弧 或 火 焰 堆焊 、 Ｉ ＴＧ
试 验 材 料 与试 验 方 法
本试 验 选择 镍 铁基 合金 作 为堆 焊 试 验母 材 ，
（ 极 氩 弧 ） 、 喷 涂 （ 焰 、 离 子 ） 激 光 熔 覆 钨 焊 热 火 等 、
许 多研 究 ， 包括 镍基 合金 体 系强 化 、 时效 强 化 、 利用 Ｂ 作 用 、 散 强 化 作 用 ， 往 偏 聚 于 晶 界 ， 起 晶 界 弥 往 引
化 使 提 高镍 基 合 金 高 温 热 强 性 以及 镍 基 合 金 表 面 改 性 的 结 构 、 学 成 分 和 能 量 的变 化 ， 界 面 层 组 织 显
天 精 密关键 零 部件 、 军事 武器 以及 石油 运输 容器 等 仪 的 作 用 ， 为 稀 土 资 源 的 最 大 拥 有 国 ， 理 开 发 利 作 合 器 、 备 的 生 产 中应 用 广 泛 ¨ 。 由 于镍 基 合 金 强 度 用 丰 富 的稀 土 资 源 ， 我 国 国 民 经 济 的 发 展 具 有 设 对 较低 ， 耐磨 性 和高 温性 能差 ， 在特 殊 的应用 略 意 义 。稀 土 在 堆 焊 层 常 无 法发 挥优 势 。 国 内外 在镍 基 合 金 强 化 领 域 开 展 了 界 面 的作 用 包 括 ： 合 金 化 作 用 、 化 作 用 、 氢 微 净 捕
中 图 分 类 号 ： Ｇ１６ １ Ｔ ４ ５ Ｔ ４ ． ； Ｇ ５
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ： ０ ５５ ５ （０ １ ０ ．０ ９０ １０ － ３ ２ １ ）５０２ －５ ０
由于镍基 合金 具有 低膨 胀 系数 的特 点 ， 航空 航 在
在 堆 焊 合 金 中 ， 入 少 量 的 稀 土 将 起 到 很 好 加