钢表面等离子弧复合熔覆工艺研究(3)
热喷涂具有工艺简单、涂层厚度变化范围大、沉积效率高以及容易形成复合涂层等优点，是一种常用的表面强化和改性技术。根据热源分类，热喷涂制备Fe3Al基金属间化合物涂层的工艺方法主要有等离子弧喷涂、火焰喷涂、电弧喷涂、电热爆炸喷涂等。
(1)等离子弧喷涂
等离子弧喷涂是用等离子弧体对粉体加热熔化，在高速气流作用下熔融颗粒在基体表面形成致密涂层的热喷涂工艺。等离子弧体具有很高的温度，在喷涂过程中，Fe3Al粉末可充分受热熔融，与基体形成良好的结合。由于Ar、He等惰性气体的保护作用，减少了熔融粉末与空气中氧气接触而发生的氧化反应。闵学刚等采用离子喷涂在18～8奥氏体不锈钢表面喷涂比例为Fe-16％Al(质量分数)的Fe／Al混合粉末。涂层中形成了部分Fe3Al。，其余为纯铁和纯铝成分以及部分氧化物。经800℃和1000℃扩散处理后，Al全部反应，形成以FeAl和Fe3Al为主的金属间化合物涂层。
(2)高速电弧喷涂
高速电弧喷涂(HVAS)是将2根被喷涂的金属丝作自耗性电极，利用其端部产生的电弧作热源来熔化金属丝料，以压缩空气流对熔融颗粒雾化加速的热喷涂方法，具有效率高、成本低的特点。由于电弧喷涂是以压缩空气作为推动颗粒的气流载体，在喷涂过程中，粉体会发生一定的氧化，主要是Al与02反应形成Al203。田保红等用Fe，Al粉芯丝材和高速电弧喷涂工艺制备Fe3Al涂层。检测表明，涂层由Fe3Al少量FeAl和约20％的Al203相组成。
(3)超音速火焰喷涂
超音速火焰喷涂(HVOF)是20世纪80年代发展起来的一种新型火焰喷涂技术，利用可燃气体(丙烷、丙烯或氢气)和氧气爆炸燃烧产生的高温气流对粉体加热加速，其射流速度可高达2倍音速以上，熔融微粒高速冲击在基体表面，形成高的结合强度。超音速火焰喷涂的Fe3Al涂层具有非常良好的性能。徐润生分别用高速电弧喷涂和超音速火焰喷涂制备了主要成分为Fe3Al的Fe-A1／CrC2复合涂层。实验发现，超音速火焰喷涂层的性能明显优于高速电弧喷涂层，其合强度和显微硬度分别高达37.25MPa和570．88Hv0.1。
(4)电热爆炸喷涂
电热爆炸喷涂是通过加载瞬间高电压，使金属导体在短时间内爆炸，产生的金属粒子或蒸气以极高的速度喷射在基体上，急剧冷却形成具有优良力学性能的涂层。电热爆炸喷涂涂层的亚稳固溶度大，冶金结合程度高，偏析现象少，可以形成非晶、微晶和纳米晶等组织结构。刘东雨采用电热爆炸喷涂制备的Fe3Al涂层实现了冶金结合，并发现有亚微米晶结构，涂层的硬度可达630 Hv0.1。
热喷涂Fe3Al基金属间化合涂层具有良好的性能，在耐磨和耐腐蚀涂层有广泛的应用。但热喷涂Fe3Al涂层的厚度较小，一般以机械结合为主，结合强度偏低，不能经受大的冲击载荷，因而其运用范围受到一定限制。
1.3.2堆焊
堆焊是用焊接的方式在工件表面堆覆一层具有特定性能的涂层的工艺方法，具有结合强度高、耐冲击性能好等特点。Fe3Al金属间化合物的焊接性能较差，堆焊制备Fe3Al涂层有一定难度。丁成钢采用钨极氩弧焊工艺在2．25Cr-1Mo钢表面堆焊Fe3Al合金涂层，研究发现，涂层的组织呈粗大柱状晶，Fe3Al的有序程度降低。涂层中的过热区使得焊接接头的抗拉强度和高温抗氧化性都有所下降。为防止堆焊层中的晶粒粗大、易出现裂纹等性能缺陷，堆焊母材须经预热和焊后热处理。在选取合理的工艺参数和热处理后，可以得到质量良好的Fe3Al合金堆焊层。有实验表明，堆焊Fe3Al合金涂层的耐冲蚀性能优于钴基合金。在高温Na2S04盐介质中，堆焊层的耐腐蚀性优于A304不锈钢。刘长清采用正交试验法研究了堆焊工艺对FeAl金属间化合物堆焊层成形质量的影响，并对堆焊的工艺参数进行了优化。结果发现，最佳的堆焊工艺参数是电流130A、堆焊速度0．9mm/s、粉末涂覆厚度2mm。Fe3Al堆焊层具有高的冶金结合，主要运用在一些高载荷的氧化腐蚀环境中。但Fe3Al焊接性较差，对堆焊工艺和参数要求严格。母材须经预热和焊后热处理，其性能可能会受到影响。