摘 要：介绍在自熔性镍基合金中加入一定比例WC（碳化钨）混合粉末，通过等离子喷焊技术制作混凝土泵耐磨板、耐磨环表面耐磨层的方法。此法使耐磨层的硬度、耐磨性有明显提高，延长了耐磨板、耐磨环的使用寿命。
关键词：耐磨性 等离子喷焊 镍基台金混台粉末
混凝土泵是一种常用的建筑工程机械，利用混凝土泵可以将搅拌好的混凝土输送至几十米甚至上百米的高度。混凝土泵内部有两个柱塞缸，利用柱塞缸吸入混凝土再加压输送出去，如图1所示。为了保证混凝土的连续输送，两个柱塞缸需轮换工作，当一个柱塞缸压送混凝土（柱塞向前）时，另一个柱塞缸吸入混凝土（柱塞向后）。因此混凝土泵上的耐磨环要在耐磨板上不断地换向滑动，每分钟换向次数达数百次，换向速度达到0．2 m／s。由于输送混凝土的压力很高，要求耐磨板与耐磨环之间必须保证密封配合，但是由于混凝土中的砂粒、水泥等会渗入耐磨板与耐磨环的接触表面，使得该接触表面迅速磨损，无法密封，因此需经常更换。由于更换需用时间较长，而且更换较困难，不仅影响混凝土泵的使用，还会使混凝土整体浇注质量下降。因此如何提高耐磨板、耐磨环的使用寿命是一个急需解决的问题。
1 利用堆焊方法制作耐磨层
一般生产的耐磨板和耐磨环，是以低碳钢为基体，在其接触表面用耐磨焊条堆焊一层耐磨材料而形成耐磨层，如图2所示。表1所示为实际生产中使用的堆焊层的金属成分，堆焊焊条牌号为D608（GBEDZ—A1 08）。
采用堆焊方法制作耐磨层，所需生产设备简单，操作灵活，但堆焊时工件变形较大，易产生裂纹，质量控制较困难，而且采用堆焊生产的耐磨板、耐磨环使用寿命较低，一般每输送3 000～5 000m3混凝土即需要更换一次。因此，需要研究新的加工方法来提高耐磨板、耐磨环的使用寿命。
我们采用等离子喷焊技术，在耐磨板、耐磨环的配合表面喷焊一层耐磨镍基合金粉末，获得了良好的使用性能。
2 等离子喷焊耐磨板、耐磨环的试验研究
等离子喷焊工艺是一种先进的表面强化技术，等离子弧温度高，能够喷焊难熔材料，并且喷焊速度快，生产效率高。图3为等离子喷焊示意图，合金粉末由气体输送入等离子弧区，在惰性气体的保护下迅速熔化、喷焊于制备好的基体表面形成喷焊层。
2．1 等离子喷焊材料成分的分析
考虑耐磨板、耐磨环的耐磨层即要有高的硬度耐磨损，又要有一定的韧性抵抗剪切冲击。所以我们选择了在镍基合金粉中加入一定比例的WC（碳化钨）形成混合粉末，其化学成分见表2。
铬在合金中具有多重作用，即可溶入固溶体成为合金的韧性基体，又可与碳、硼等元素形成第二相强化基体，增加喷焊层的耐磨性。硼和硅还具有自脱氧和造渣的作用。合金在熔化时，合金中的硼和硅被氧化，并在喷焊层表面形成薄膜，防止合金中的元素被氧化，从而获得氧化物含量低、气孔少的喷焊层。WC作为硬质相的加入，进一步提高合金的硬度和耐磨性，以上合金元素的综合作用可达到多重强化的目的。
2．2 等离子喷焊工艺
基体材料选用30号钢，喷焊层厚度为3～3．5mm，喷焊时采用的合金粉末熔点为1 000～1 400℃。试样采用的等离子喷焊主要工艺参数如表3所示。
2．3 试样制备
在等离子喷焊后的试样上截取10*10 mm的样品，经抛光后，用王水腐蚀，在OLYPUS光学显微镜下对样品进行观察分析。
另外分别从喷焊和堆焊（焊条牌号为D608（GBEDZ—A1 08））试样上截取尺寸为5*5*17（mm）的样品，在M-200型磨损试验机上进行磨损实验，采用HR-1 50型光学洛氏硬度计对试样分别进行了硬度测试，按照试验的标准程序分组进行测试，考虑到堆焊工艺的不稳定性，堆焊和喷焊每组各选用3个样品。
2．4 组织与性能分析
在显微镜下可清楚的看到基体材料（左边）和喷焊层（右边）之间有一条曲折的白亮带即为熔合区（见图4）。熔合区呈起伏状，主要是由于基材表面和喷焊层之间元素存在浓度梯度，在熔化过程中相互扩散形成的冶金结合层。从图5可以见到喷焊层中WC硬质点，呈块状弥散分布在组织的基体上，WC的熔点较高（2 867 ℃），所以WC基本上能保留原来的形状。X衍射分析表明，喷焊层的组织主要为 γ-Ni固溶体和Cr23C6、Cr7C3 等化合物。
等离子喷焊时合金元素一方面溶入γ 一Ni固溶体中，起到固溶强化作用；另一方面，在冷却凝固过程中，C、B与Cr、Ni等元素形成NiB等化合物相，弥散分布在焊层基体上起到沉淀强化作用，加之WC硬质相的存在，起到了多重强化的作用，使喷焊层具有抗磨料磨损的能力。分布均匀的硬质相也能保护基体与磨料的直接接触，减轻基体的磨损。这些共同作用使得喷焊层不仅具有较高的硬度还具有良好的耐磨性。从性能试验的比较可以看出等离子喷焊焊层的硬度及耐磨性都优于堆焊样品（见表4和图6）。
2．5 使用效果
将利用等离子喷焊技术制作的耐磨板、耐磨环装入混凝土泵中进行工业试验，结果其混凝土输送量超过8 000 m3，比采用堆焊的耐磨板和耐磨环使用寿命提高近两倍，达到了预期的效果。
为了防止变形，在试验中我们还采用了对被喷焊的耐磨板加固定板；喷焊前对耐磨板基体预热（预热温度在550～650℃）；以及在喷焊过程中对耐磨板基体非喷焊区连续加热等方法，尽量减少基体的温度分布不均匀。为防止等离子喷焊后的应力开裂，采用石棉保温的方法缓慢冷却。
3 结论
1） 用镍基合金等离子喷焊的耐磨板和耐磨环具有较高的硬度和良好的耐磨性。比采用堆焊的耐磨板和耐磨环使用寿命提高近两倍；
2） 等离子喷焊与传统的堆焊相比减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率；
