堆焊與表面工程的發(fā)展歷程

1、1堆焊與表面工程的發(fā)展歷程— 賀焊接學(xué)會(huì)成立 40 周年、焊接協(xié)會(huì)成立 15 周年 徐濱士 董祖玨 劉世參我國(guó)的堆焊技術(shù)與表面工程伴隨著焊接學(xué)會(huì)、焊接協(xié)會(huì)的成長(zhǎng)蓬勃發(fā)展，當(dāng)前在有些方面已接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。焊接學(xué)會(huì)和焊接協(xié)會(huì)在推動(dòng)包括堆焊與表面工程在內(nèi)的焊接學(xué)科各分支的發(fā)展以及工業(yè)應(yīng)用方面發(fā)揮了極其重要的作用。 1 由單一技術(shù)向多種技術(shù)及其復(fù)合發(fā)展 表面強(qiáng)化、表面改性、表面防護(hù)以及表面修復(fù)已有悠久的歷史，但技術(shù)手段和技術(shù)內(nèi)涵卻在不斷

2、發(fā)展。焊接學(xué)會(huì)成立的時(shí)候，主要技術(shù)手段是手工電弧堆焊、埋弧自動(dòng)堆焊和水蒸氣保護(hù)振動(dòng)電弧堆焊。 70 年代以后等離子堆焊、低真空熔結(jié)、 CO2 保護(hù)堆焊、氧－乙炔噴熔以及等離子噴涂、電弧噴涂、氧－乙炔噴涂等相繼發(fā)展，焊接學(xué)會(huì)對(duì)這些新技術(shù)及時(shí)組織了交流與宣傳，并把焊接學(xué)會(huì)下屬的專業(yè)委員會(huì)定名為“堆焊與熱噴涂”即 I C 。進(jìn)入 80 年代，化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積技術(shù)獲得廣泛應(yīng)用，尤其是以激光束、電子束和離子束為代表的高能束技術(shù)趨于成熟，

3、它以能量密度高、可控性好、加工精密等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)而被引用到表面熔覆、表面改性中。與此同時(shí)電刷鍍、化學(xué)鍍等鍍覆技術(shù)以及超音速火焰噴涂技術(shù)也相繼發(fā)展解決了設(shè)備制造與維修中的許多難題。 在新工藝手段不斷涌現(xiàn)的同時(shí)，一些傳統(tǒng)的工藝也在不斷吸收新的科技成果豐富其內(nèi)涵。新材料的開(kāi)發(fā)為堆焊技術(shù)的發(fā)展注入了活力。 70 年代開(kāi)發(fā)了基本性能達(dá)到鈷基合金水平的無(wú)鈷鐵基堆焊合金，該材料成功用于國(guó)內(nèi) 50 ～ 300MW 發(fā)電機(jī)組高溫高壓閥門(mén)密封面的制造及修復(fù)中，

4、提高了產(chǎn)品質(zhì)量，延長(zhǎng)了閥門(mén)使用壽命，經(jīng)濟(jì)效益顯著。 80 年代進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了全面性能達(dá)到或超過(guò) Co 基 StelliteNo.6 合金的無(wú)鈷鎳基堆焊材料，優(yōu)于國(guó)內(nèi)外已有的代鈷材料，價(jià)格僅為鈷基合金的一半，具有國(guó)際領(lǐng)先水平。該項(xiàng)目獲得國(guó)家發(fā)明三等獎(jiǎng)，并獲中、美、英三國(guó)發(fā)明專利。八十年代末研究的無(wú)縫藥芯焊帶埋弧自動(dòng)堆焊技術(shù)，不但可獲得高合金堆焊材料，且熔敷效率高（ >20kg/h ） ，稀釋率低（ 2 ”的效果，而被稱為第二代表面工程

5、技術(shù)。例如熱噴涂與激光（或電子束）重融的復(fù)合，熱噴涂與電刷鍍的復(fù)合，化學(xué)熱處理與電鍍的復(fù)合，表面熔覆強(qiáng)化與噴丸強(qiáng)化的復(fù)合，表面熔覆強(qiáng)化與新型潤(rùn)滑技術(shù)的復(fù)合，多層薄膜技術(shù)的復(fù)合，熱滲擴(kuò)技術(shù)與離子注入的復(fù)合等等。這些技術(shù)復(fù)合已成為表面性能的“倍增器” 。 3當(dāng)前我國(guó)的表面工程事業(yè)迅速發(fā)展，充滿活力。表面工程方面的研究成果不斷創(chuàng)新、以表面工程命名的企業(yè)和研究單位如雨后春筍，表面工程應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)展，表面工程的高層次人才日益增多，表面工程對(duì)國(guó)民

6、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和科技進(jìn)步的貢獻(xiàn)碩果累累。 3 傳統(tǒng)表面工程技術(shù)向納米表面工程技術(shù)發(fā)展 隨著工業(yè)產(chǎn)品的發(fā)展，材料在特殊工況如超高溫、低溫、超高壓、高真空、強(qiáng)輻射、強(qiáng)氧化還原環(huán)境等條件下服役的情況越來(lái)越多，為了提高產(chǎn)品性能還對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的表面提出了磁學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)等方面的新要求。納米科技為解決這些問(wèn)題提供了新的思路和手段，因此，基于納米技術(shù)的納米表面工程應(yīng)運(yùn)而生，被專家稱為第三代表面工程技術(shù)。與傳統(tǒng)表面工程相比，納米表面工程的特點(diǎn)是

7、：取決于基體性能和功能的因素被弱化，表面處理、改性和功能化的自由度擴(kuò)大，表面加工技術(shù)的作用會(huì)更加突出，產(chǎn)品的附加值也會(huì)更高。納米表面工程是以納米材料（或其他低維非平衡材料）和納米加工技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)特定的加工技術(shù)、組裝方法，使材料表面納米化、納米結(jié)構(gòu)化或功能化，從而使材料表面得以強(qiáng)化、改性，或賦予表面新功能的系統(tǒng)工程。 當(dāng)前在納米表面工程技術(shù)方面發(fā)展較快并已取得成效的有： ——納米顆粒復(fù)合電刷鍍技術(shù) ——納米原位、動(dòng)態(tài)自修復(fù)添加劑技術(shù)

8、——納米固體潤(rùn)滑技術(shù) ——納米膠粘技術(shù) ——納米熱噴涂及冷噴涂技術(shù) ——納米薄膜技術(shù) ——納米涂裝技術(shù) 以及金屬材料表面納米化加工和超精表面納米級(jí)加工等。 發(fā)展納米表面工程的重要意義在于： 3.1 表面工程能夠提升產(chǎn)品性能 納米表面工程技術(shù)在制備功能薄膜方面具有廣闊前景。功能薄膜包括超導(dǎo)薄膜、磁性薄膜、光電薄膜等。隨著納米材料研究的深入，具有力、熱、聲、電、磁等特異性能的許多低維、小尺寸、功能化的納米結(jié)構(gòu)薄膜能夠顯著改善材料的組織結(jié)構(gòu)或

9、賦予產(chǎn)品新的性能。這是傳統(tǒng)表面工程技術(shù)所無(wú)法比擬的。納米表面工程制備的功能薄膜在電學(xué)、電子學(xué)、光學(xué)、光電子學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)（催化） 、生物學(xué)等方面具有特殊的性能，成為提升產(chǎn)品性能的重要手段。 3.2 表面工程能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量 運(yùn)用納米表面工程技術(shù)修復(fù)和強(qiáng)化零件表面，賦予零件表面耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射的性能，這層表面材料與制作部件的整體材料相比，厚度薄，體積小，但卻承載著工作部件的重要功能。從事機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造廠家及時(shí)掌握