熔结技术在设备维修中的应用
在现代设备维修和机器制造中，熔结技术占有较为重要的位置。
熔结的含义较广，采用的方法很多。这里介绍的熔敷涂层技术，是指利用一定的工艺，把合金粉末或涂料先涂敷在已处理好的工件表面上。然后在工件不熔化的情况下加热涂层，使其熔融并润湿工件，通过液态合金与固态基材表面的相互溶解与扩散，冷凝后形成呈冶金结合的所需熔结层技术。除制作涂层外，还可利用某些熔结方法进行小型组件中不同零件的连接，制作不同形状的耐熔铱块，以及修补铸件、焊件气孔等缺陷。在零件修复和表面强化的工程施工中，目前广泛使用的是氧一乙炔火焰粉末喷熔法，此外真空熔结法也有一定的应用。这两种熔结方法使用的熔结层材料，几乎都是自熔性合金粉末。这是由于熔结对合金涂层材料有特殊的工艺要求，而自熔性合金粉末则最为理想。
1、氧一乙炔火焰喷熔
（1）氧一乙炔火焰粉末喷熔的原理及特点
1．原理
氧一乙炔火焰粉末喷熔技术是以氧一乙炔火焰为热源，把自熔性合金粉末喷涂在经过制备的工件表面上，在工件不熔化的情况下，加热涂层，使其熔融并润湿工件，通过液态合金和固态工件表面的相互溶解和扩散，形成了一层牢固的呈冶金结合并具有特殊性能的熔覆层。
喷熔包括两个过程：一是喷涂过程；二是重熔过程。重熔过程的目的是要得到无孔隙，无氧化物，与工件表面结合强度高的熔覆层。要达到这一目的，必须具备以下两个条件：
(1)熔化的涂层能润湿工件表面，即液态合金必须能在固态工件表面上自由铺展，既不流淌，又不凝成球状；
(2)液态合金润湿工件表面后，必须能够与工件表面起适当的物理化学作用。当熔态合金冷却时，与工件表面形成牢固的结合，而不是粘附在工件表面上。
熔化涂层合金对工件的润湿性主要取决于以下几种因素：
涂层合金和工件金属成分的影响：当涂层合金和工件金属在液态和固态均不互相作用时，它们之间的润湿性很差，若涂层合金与工件金属能够互相溶解和扩散，则熔化的涂层合金能较好地润湿工件表面。
基材表面容易生成钝化膜时，熔融的涂层合金难以对表面润湿。钝化膜的成分和性质由基材成分决定。
工件表面越清洁，润湿性越好。表面粗糙的工件，其润湿性比表面光洁的要好。
重熔温度升高，使熔化涂层合金的表面张力降低，导致液态涂层合金容易铺展，从而提 高润湿性。
重熔时的相互作用及喷熔层的结合机理：重熔时熔化的自熔性合金与工件表面的相互作 用有两种：一种是工件金属向熔融合金熔解，另一种是熔融合金的原子向工件金属扩散。
自熔性合金的熔点比基材的熔点低。当涂层合金熔化时，基材仍为固态。由于合金中硼、硅元素的还原作用，使基材表面金属氧化物脱氧，并形成低熔点的硼硅酸盐类熔渣，浮出液态金属表面，形成保护膜，使熔化的合金紧密地与被清洁了的固态基材金属表面接触。基材表面金属向熔融合金熔解以及它们之间相互扩散和渗透，形成了一薄层表面合金过渡层，使喷熔层和基材产生类似钎焊的牢固的冶金结合。
2．特点
氧一乙炔火焰粉末喷熔技术具有以下特点：
工艺特点：火焰粉末喷熔时，基材是不熔化的，这与喷涂工艺相似，涂层合金是经过重熔的，基材受热较高，这又与堆焊相类似。火焰喷熔与火焰喷涂一样，具有设备简单，投资少，见效快，操作方便，较易掌握等特点。
结合机理特点：大部分喷涂层与工件的结合以机械结合为主，而喷熔层与工件的结合系冶金结合，结合强度较高。
喷熔层的特点：既能向喷涂层那样，表面平整光滑，又能与堆焊类似，使喷涂层无气孔、无氧化物，而且互溶区窄，稀释率极低，保证了涂层的性能。其缺点是喷熔时工件加热温度较高，工件热影响区较大，会导致工件变形和金相组织发生变化。
（2）氧一乙炔火焰粉末喷熔工艺
根据喷粉和重熔的先后顺序，氧一乙炔火焰粉末喷熔的工艺可分为“一步法”和“二步法”两种。
1．“一步法”喷熔
“一步法”喷熔工艺过程：工件表面制备、预热、预喷粉、喷熔、冷却和喷熔层后加工。
工件表面制备：待喷熔表面的制备方法和热喷涂表面的制备方法原则上是一样的。
预热：预热可以使工件表面湿气蒸发，产生适当的热膨胀，减少涂层应力以及提高粉末 喷敷的沉积效率和涂层与工件的结合强度。一般钢材与铸铁的预热温度为200—300℃，抗氧化性强的钢材如不锈钢、高合金钢等，预热温度可提高到350—400℃。
预喷粉：为了防止零件表面在预热后和喷熔过程中被氧化，可以在工件达到预热温度后，立即在待喷的表面先均匀地撒上一层厚度为0．2mm左右的粉末合金，将工件表面保护起来。
喷熔：在预喷—层保护性粉末涂层后，将喷熔枪的火焰集中在工件表面的一个局部区域 进行加热。当该区域的温度达到工件表面与保护层粉末开始润湿时，按下送粉开关，将粉末均匀地喷在这个局部的区域上，喷到一定厚度后，并用同一火焰将这个局部区域的涂层熔 融，直到出现“镜面”反光现象后，均匀而缓慢地将喷枪移到下一个局部区域，重复上述工艺过程，直到整个工件表面被喷熔层覆盖。喷熔火焰宜为中性焰或微碳火焰，火焰要柔和，喷熔枪要做轻微摆动，避免火焰对熔融金属的冲击力过大，影响喷熔质量。
冷却：由于自熔性合金的线膨胀系数较大，塑性较差，因而冷却时容易产生裂纹。尤其在喷熔层较厚或零件较大时，基体淬透性较好时，更易产生裂纹。因此，喷熔后应让零件均匀的缓冷，必要时采取等温退火处理。
喷熔好的零件可以进行喷熔层的后加工。
“一步法”具有以下工艺特点：喷粉和重熔是交替或同时进行的，粉末是直接喷入熔池 中的，所以要求粉末的颗粒细，分布比较分散；输入工件的热量较低，对基体组织影响较小，工件变形较小；喷熔层的厚度可在较大范围内变化，一般为0．8—1．2mm，很少超过2mm；工艺简单，操作灵活。它的缺点是一般都采用手工操作，劳动条件差，生产率较低，喷熔层的均匀性和质量随操作者熟练程度而异，不易稳定。
“一步法”的应用范围包括小零件的表面保护性熔敷和修理；中型或大型零件的边角处的表面保护性熔敷和处理；某些零件损坏甚至断裂后，可以进行局部修补和连接。
2．“二步法”喷熔
“二步法”喷熔工艺过程是工件表面制备、预热、喷粉、重熔、冷却和喷熔层后加工。
工件表面制备和预热与“一步法”相同。
喷粉：在工件预热到所需温度后，应立即对工件表面进行喷粉。喷保护粉0.1—0.15mm，再提高预热温度，喷洒一定数量的工作粉层。为了保证涂层厚度均匀和获得良好的结合强度，每次喷粉厚度以不超过0.2mm为宜。要获得较厚的涂层，可采用多次喷粉的办法。一般喷熔层的厚度以不大于1.2mm为宜。
重熔：重熔操作时把喷敷的粉末层加热到固、液相之间的温度范围，使原来比较疏松多孔的涂层变成连续致密的熔覆层，与基材之间达到完全的冶金结合。
冷却和喷熔层的后加工：重熔结束后，应让工件自行缓慢冷却。易淬火的基体，在冷却过程中应防止因组织相变而开裂。
“二步法”的工艺特点是把喷粉和重熔分开，先喷粉后重熔。喷粉过程与粉末火焰喷涂相同，粉末在空气中停留时间较长，过细的粉末容易过热氧化，甚至气化。因此所用的粉末颗粒比“一步法”的要粗，且粒度分布集中。工件受热较多，变形较大；一次喷熔的厚度不能过大，一般为lmm左右，这样容易获得高质量的喷熔层；喷熔层均匀平整，生产率高，易实现机械化操作。
“二步法”喷熔的应用范围主要是圆柱和旋转零件表面的保护性熔敷和修理，也适用于需要做大面积保护性熔敷的工件。
（3）氧一乙炔火焰喷熔用粉末的特性
根据喷熔原理，适合喷熔用的合金粉末属于自熔性合金粉末，应具有以下特性：
1．熔点低
硼、硅可以降低镍、钻、铁合金的熔点。各种自熔性合金的熔点如下：
镍基自烙性合金：950—1100℃
钻基自熔性合金：1050—1150℃
铁基自熔性合金：1100—1120℃
含碳化钨型自熔性合金：960—1250℃
2．自脱氧造渣
喷熔时，由于熔化的各种金属与氧作用，必然生成各种氧化物。喷熔时必须解决脱氧造渣问题，自脱氧造渣一般也称自熔性。由于硼和氧的亲和力高于镍、钻、铁与氧的亲和力，因此硼能还原镍、钻、铁的氧化物而生成氧化硼。虽然氧化硼熔点很低(450℃)，可是其粘度很大，不容易分离，浮出熔覆层。而硅则是一种较好的自熔性元素，不但可以还原镍、钻、铁的氧化物而生成氧化硅，而且氧化硅又可以与氧化硼生成粘度小的硅酸硼溶剂，再与其他金属氧化物一起形成硅酸盐熔渣浮出喷熔层，起到脱氧造渣的作用。
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