噴射沉積原位反應(yīng)法與激光表面合金化的詳解

　　按增強(qiáng)顆粒的加入方式不同，鐵基耐磨復(fù)合材料的制備工藝可分為顆粒原位生成和顆粒強(qiáng)制加入兩種。原位生成制備的鐵基耐磨復(fù)合材料成本低、增強(qiáng)體分布均勻、基本上無界面反應(yīng)，且可以使用傳統(tǒng)的金屬熔融鑄造設(shè)備，材料性能優(yōu)良，因而引起材料界的高度重視。

　　一、 噴射沉積原位反應(yīng)法。

　　此法是將原位反應(yīng)和噴射沉積工藝結(jié)合在一起制備顆粒增強(qiáng)鐵基耐磨材料的方法。該工藝在制備鐵基耐磨復(fù)合材料時，將金屬粉（如鈦粉）加熱熔化后注入等離子噴射器中，通入反應(yīng)氣體（如氮氣和甲烷等），使增強(qiáng)相在等離子氣體的激發(fā)下發(fā)生合成反應(yīng)，生成增強(qiáng)顆粒并沉積在鐵基體上。這種原位合成相能與基體牢固結(jié)合，所制得的鐵基材料有較好的耐磨性和韌性。例如，采用這種工藝可以在鐵基體上等離子噴射沉積TiC和TiN顆粒。在噴射沉積過程中鈦液滴表面與氮原子和碳原子不斷發(fā)生化合反應(yīng)，通過調(diào)整鐵基體與噴射器之間的距離可以控制TiC和TiN顆粒的大小以及兩者的相對含量。據(jù)報道，在霧化Fe-5％Ti合金時，注入Fe-2.56％C合金顆粒，通過鈦和碳之間的反應(yīng)，得到了粒徑在0.5μm以下的TiC和Fe2Ti增強(qiáng)顆粒。該工藝結(jié)合了熔化和快速凝固的特點，在保證細(xì)化基體組織和增強(qiáng)顆粒分布均勻的同時，也保證了TiC和Fe2Ti增強(qiáng)顆粒與基體間良好的化學(xué)或冶金結(jié)合。所制得的材料具有較高的常溫和高溫強(qiáng)度以及高耐磨和耐熱性能。由于反應(yīng)噴射沉積工藝的成本較低、生產(chǎn)速度快，因此具有很好的發(fā)展應(yīng)用前景。

　　二、激光表面合金化。

　　該工藝是將增強(qiáng)顆粒和鐵基體共同熔化后再共同凝固而形成耐磨復(fù)合材料，易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，且不會引入外來雜質(zhì)。該工藝方法有三類：第一類是激光粉末涂敷合金化，將所要求的合金粉涂敷在要合金化的材料表面，用激光加熱使其熔化，在表面形成新的合金層，這種方法在鐵基材料表面進(jìn)行合金化時普遍采用。第二類是激光硬質(zhì)粒子噴射合金化，此工藝方法是將硬質(zhì)粒子用惰性氣體直接噴射進(jìn)入激光熔融的熔池，在隨后的冷凝過程中，這些硬質(zhì)粒子保持了原來的形狀，鑲嵌在基體材料中。第三類是激光氣體合金化，主要是將鋁、鈦及其合金等軟質(zhì)材料，在激光照射條件下，將反應(yīng)氣體注入表面熔池，并通過反應(yīng)在表面得到TiN、TiC、Ti（C，N）等化合物，以達(dá)到提高表面層硬度的目的。例如，采用激光表面合金化工藝制備復(fù)合碳化物顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合涂層。該涂層的微觀組織由鐵基、Fe3C和γ′相組成，其中有彌散分布的增強(qiáng)顆粒相。顆粒相具有TiC晶格結(jié)構(gòu)，同時固溶了大量的鋯或鎢元素，和基體相之間結(jié)合牢固，顯示出優(yōu)異的耐磨性能。