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微弧火花技术作为材料表面强化和材料制备技术之一,已逐步应用于各种关键性零件的修复当中。本文以微弧火花技术修复CO2激光器冷凝管为研究背景,对修复过程进行系列研究,获得了微弧火花优化工艺参数;同时采用SEM、光学显微镜、显微硬度计、高温摩擦磨损试验机等对沉积层显微组织、力学性能、摩擦学特性、磨损机理等方面进行了分析与测试。
通过检测CO2激光器冷凝管的组成材料,拟定修复流程,提出了修复过程中需解决的关键技术。选取与CO2激光器冷凝管相近材料进行模拟修复实验,优化工艺参数,获得了可工程应用的关键技术。用优化后的实验数据和实验方法对CO2激光器冷凝管进行修复。修复后对CO2激光器冷凝管进行高温、高压检测。为测试其高温性能,将电极材料更换为钴基合金,优化钴基合金沉积参数,对优化后的钴基沉积层进行组织性能和摩擦磨损性能检测与分析。
通过优化工艺得到模拟实验激光焊接工艺参数为:功率170W,扫描速度10mm/s,脉宽3.5,频率30Hz。微弧火花沉积工艺参数为功率128W,扫描速度2.5mm/s,电压45V,频率536.9Hz。用以上模拟参数进行修复完全满足要求。
高温实验中在40Cr钢表面制备钴基合金沉积层。通过研究其耐磨性,得到沉积后的组织性能。沉积试验中以钴基合金为电极,以GCr15滚珠为上试样,钴基合金层为下试样,进行对磨实验。采用HT-500磨擦磨损实验机测定干摩擦和润滑条件下沉积前后试样的摩擦系数;利用扫描电镜对磨痕形貌进行观察分析。研究结果表明:润滑条件下,在100g-500g载荷范围内,随载荷的增加,平均摩擦系数减小,摩擦系数从0.115降低到0.031;平均摩擦力随载荷的增加而减少。当载荷在100g-200g范围时,平均摩擦系数在0.1附近波动。当载荷为300g时,平均摩擦系数发生突变。载荷为400g时,沉积层与基体的平均摩擦系数差值最大。当载荷为500g,磨损时间超过25分钟后,磨损过程产生失效。随载荷的增加,磨损机制向磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损的复合方式转变。高温实验中微弧火花沉积的最佳工艺参数是:功率1500W,扫描速度2.5mm/s,电压68V,频率245.7Hz,气体流量10L/min。