一、電流對(duì)重熔過(guò)程的影響
我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中選用電流范圍在180~450 A之間，觀(guān)察不同電流條件下涂層的重熔情況。圖4-17給出了相同處理時(shí)間(10 S)條件下電流對(duì)重熔效果的影響。當(dāng)電流超過(guò)350 A時(shí)，在相同的時(shí)間內(nèi)工件溫度升高過(guò)快，鋁涂層很快熔化流淌，但是在截取試樣時(shí)發(fā)生涂層崩落現(xiàn)象，這表明涂層與基體在形成良好的冶金層之前，外層鋁已經(jīng)熔化流淌；實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)當(dāng)感應(yīng)電流較高時(shí)，雖然涂層表面熔融流淌，但是涂層中間部位相對(duì)于原始狀態(tài)變化很小，或者根本沒(méi)有進(jìn)行重熔，在涂層內(nèi)部仍有大量氣孔和夾雜存在。這是因?yàn)榇箅娏鳁l件下，過(guò)快的熱量積累會(huì)導(dǎo)致涂層次表面溫度過(guò)高，超過(guò)鋁的熔點(diǎn)之后，發(fā)生鋁涂層的熔化流淌，影響了重熔效果；當(dāng)感應(yīng)電流電流小于250 A時(shí)，熱量積累較慢，鋁層不能很好的熔化，而且較長(zhǎng)的處理時(shí)間還增大了試樣表面被氧化的幾率，難以與基體形成良好的結(jié)合層。本文經(jīng)過(guò)嘗試性實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)感應(yīng)電流處于250~350 A時(shí)，重熔效果相對(duì)好一些，因此選定感應(yīng)電流為300 A。
二、處理時(shí)間對(duì)重熔過(guò)程的影響
圖4-18反映了同一電流(300 A)，不同處理時(shí)間條件下噴涂層的組織變化情況，時(shí)間
分別為：(a)5s，(b)10 s，(c)20 s，(d)30 s。感應(yīng)重熔初期，鋁涂層與基體之間界線(xiàn)非常分明，無(wú)明顯的擴(kuò)散過(guò)渡層，如圖4-18(a)所示。由于加熱時(shí)間較短，涂層大部分仍保持原貌，僅僅是消失了層狀的搭嵌結(jié)構(gòu)，但仍存在一定量的氣孔和渣類(lèi)夾雜。隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，界面附近以及涂層內(nèi)部開(kāi)始發(fā)生變化，如圖4-18(b)所示，在界面處有鋁向鐵基體滲入的趨勢(shì)，原先在界面處存在較多的渣類(lèi)有所減少，并向涂層表層方向推進(jìn)匯集，與基體相鄰的鋁涂層開(kāi)始呈現(xiàn)單一的致密結(jié)構(gòu)。體較好的結(jié)合在了一起，涂層組織在重熔后顯得更為均勻致密，氣孔和渣類(lèi)繼續(xù)聚集并向外層推出。當(dāng)感應(yīng)時(shí)間繼續(xù)增加到30s時(shí)，涂層得以重熔的區(qū)域繼續(xù)增大，見(jiàn)圖4-18(d)。
一方面在界面處鋁向鐵基體滲透，在光學(xué)顯微鏡下可以看到大約為30μm寬的較為明顯的明亮帶，經(jīng)X射線(xiàn)衍射證明為鐵鋁化合物。這表明涂層和基體的結(jié)合方式已經(jīng)由主要為機(jī)械結(jié)合轉(zhuǎn)變?yōu)橐苯鸾Y(jié)合；另一方面，涂層本身也更加致密，在一定的深度范圍內(nèi)已經(jīng)觀(guān)察不到氣孔和夾雜的存在，氣孔和渣類(lèi)由于電磁攪拌作用幾乎全部被推向涂層頂部。由于感應(yīng)重熔屬于熱量隨時(shí)間積累的過(guò)程，因此處理時(shí)間也不宜過(guò)長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)證明，在感應(yīng)電流為300 A的條件下，處理時(shí)間保持在在35 s左右比較合適，否則將發(fā)生“過(guò)燒”，使涂層熔融流淌，或者不能充分重熔。
 


 
 
三、重熔后涂層的相組成分析
為了了解涂層在感應(yīng)重熔前后內(nèi)部組織的具體變化情況，我們對(duì)重熔前后電弧噴涂鋁層的相組成進(jìn)行了對(duì)比。重熔前電弧噴涂鋁層主要由比較單一的鋁組成，并含有少量的氧化物。我們認(rèn)為電弧噴涂工藝的特點(diǎn)是存在氧化物的原因。由于噴涂層是由無(wú)數(shù)變形粒子互相交錯(cuò)呈波浪形堆疊在一起的層狀組織結(jié)構(gòu)，而且熔滴在霧化階段和向基體噴射的飛行階段過(guò)程中不可避免氧化現(xiàn)象，因此顆粒之間就存在一部分氧化物。
為分析重熔后試樣從涂層表面到基體的相組成情況，我們除去工件表面的由于加熱而形成的氧化皮，并進(jìn)行了逐級(jí)打磨，圖4-19顯示的是涂層重熔后不同深度的XRD分析，各層與原始表面的距離分別是：(a)80μm，(b)120μm，(c)160μm，(d)200μm。對(duì)涂層各個(gè)深度的XRD分析表明，重熔后涂層由表及里的相組成依次是：Al→FeAl3→Fe2Al5，表層保持較為純凈的鋁的同時(shí)，在鋼基體和鋁涂層之間產(chǎn)生了鐵鋁化合物，達(dá)到了冶金結(jié)合。
四、重熔前后涂層與基體結(jié)合性能變化
從圖4-17和圖4-18的金相觀(guān)察結(jié)果我們可以看到感應(yīng)重熔后涂層與基體之間的結(jié)合狀況已經(jīng)得到了改善，而且這也從XRD分析中得以印證，即在涂層的一定深度發(fā)現(xiàn)了鐵鋁化合物的存在。為了更進(jìn)一步的考察涂層和鋼基體的結(jié)合性能以及受到彎曲變形時(shí)涂層的變化情況，我們對(duì)重熔前后的試樣進(jìn)行90℃的彎曲變形，然后反向施力，使之恢復(fù)原狀，如此反復(fù)進(jìn)行，以彎曲中心部位為觀(guān)察區(qū)域，觀(guān)察重熔前后的試樣涂層的變化情況。
在試樣沒(méi)有斷裂之前，在重熔前后的試樣表面都可以看到明暗不同、長(zhǎng)短不一、方向大致一致的條紋，這是由于在單向的拉應(yīng)力作用下生長(zhǎng)出溝槽，溝槽之間構(gòu)成脊，這些凸起的脊與凹陷的溝槽相互交錯(cuò)而產(chǎn)生條紋。在反復(fù)拉應(yīng)力的作用下，溝和脊伸長(zhǎng)，尤其是在彎曲中心部位產(chǎn)生了主導(dǎo)裂紋，裂紋的走向與拉應(yīng)力方向垂直。
我們還可以在重熔前的試樣表面彎曲中心部位看到由于形變過(guò)大而導(dǎo)致的涂層成片崩落，直接裸露出了鋼基體；而重熔后的試樣表面也同樣出現(xiàn)了涂層局部區(qū)域崩落，但僅僅是涂層表層的小部分脫落，涂層靠近基體的部分還依附在基體之上。至試樣斷裂，我們可以看到重熔前試樣的斷口附近已經(jīng)沒(méi)有了鋁層存在，涂層已經(jīng)完全剝落，稍微遠(yuǎn)離斷口處的涂層也出現(xiàn)上翹的跡象；而重熔后的試樣斷口可以觀(guān)察到鋁涂層和鋼基體之間的確保持了良好的結(jié)合，未發(fā)生剝落，只在試樣表面局部區(qū)域出現(xiàn)了最外層的崩落，這表明重熔后涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度大于涂層內(nèi)部強(qiáng)度。http://www.zxjkc.cn