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— 賀焊接學會成立 40 周年、焊接協(xié)會成立 15 周年 徐濱士 董祖玨 劉世參我國的堆焊技術與表面工程伴隨著焊接學會、焊接協(xié)會的成長蓬勃發(fā)展，當前在有些方面已接近或達到國際先進水平。焊接學會和焊接協(xié)會在推動包括堆焊與表面工程在內(nèi)的焊接學科各分支的發(fā)展以及工業(yè)應用方面發(fā)揮了極其重要的作用。 1 由單一技術向多種技術及其復合發(fā)展 表面強化、表面改性、表面防護以及表面修復已有悠久的歷史，但技術手段和技術內(nèi)涵卻在不斷

2、發(fā)展。焊接學會成立的時候，主要技術手段是手工電弧堆焊、埋弧自動堆焊和水蒸氣保護振動電弧堆焊。 70 年代以后等離子堆焊、低真空熔結、 CO2 保護堆焊、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，焊接學會對這些新技術及時組織了交流與宣傳，并把焊接學會下屬的專業(yè)委員會定名為“堆焊與熱噴涂”即 I C 。進入 80 年代，化學氣相沉積和物理氣相沉積技術獲得廣泛應用，尤其是以激光束、電子束和離子束為代表的高能束技術趨于成熟，

3、它以能量密度高、可控性好、加工精密等獨特優(yōu)點而被引用到表面熔覆、表面改性中。與此同時電刷鍍、化學鍍等鍍覆技術以及超音速火焰噴涂技術也相繼發(fā)展解決了設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，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。新材料的開發(fā)為堆焊技術的發(fā)展注入了活力。 70 年代開發(fā)了基本性能達到鈷基合金水平的無鈷鐵基堆焊合金，該材料成功用于國內(nèi) 50 ～ 300MW 發(fā)電機組高溫高壓閥門密封面的制造及修復中，

4、提高了產(chǎn)品質(zhì)量，延長了閥門使用壽命，經(jīng)濟效益顯著。 80 年代進一步開發(fā)了全面性能達到或超過 Co 基 StelliteNo.6 合金的無鈷鎳基堆焊材料，優(yōu)于國內(nèi)外已有的代鈷材料，價格僅為鈷基合金的一半，具有國際領先水平。該項目獲得國家發(fā)明三等獎，并獲中、美、英三國發(fā)明專利。八十年代末研究的無縫藥芯焊帶埋弧自動堆焊技術，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。例如熱噴涂與激光（或電子束）重融的復合，熱噴涂與電刷鍍的復合，化學熱處理與電鍍的復合，表面熔覆強化與噴丸強化的復合，表面熔覆強化與新型潤滑技術的復合，多層薄膜技術的復合，熱滲擴技術與離子注入的復合等等。這些技術復合已成為表面性能的“倍增器” 。 3當前我國的表面工程事業(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，表面工程應用領域迅速擴展，表面工程的高層次人才日益增多，表面工程對國民

6、經(jīng)濟建設、國防建設和科技進步的貢獻碩果累累。 3 傳統(tǒng)表面工程技術向納米表面工程技術發(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、強輻射、強氧化還原環(huán)境等條件下服役的情況越來越多，為了提高產(chǎn)品性能還對機電產(chǎn)品的表面提出了磁學、電學、光學、聲學等方面的新要求。納米科技為解決這些問題提供了新的思路和手段，因此，基于納米技術的納米表面工程應運而生，被專家稱為第三代表面工程技術。與傳統(tǒng)表面工程相比，納米表面工程的特點是

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大，表面加工技術的作用會更加突出，產(chǎn)品的附加值也會更高。納米表面工程是以納米材料（或其他低維非平衡材料）和納米加工技術為基礎，通過特定的加工技術、組裝方法，使材料表面納米化、納米結構化或功能化，從而使材料表面得以強化、改性，或賦予表面新功能的系統(tǒng)工程。 當前在納米表面工程技術方面發(fā)展較快并已取得成效的有： ——納米顆粒復合電刷鍍技術 ——納米原位、動態(tài)自修復添加劑技術

8、——納米固體潤滑技術 ——納米膠粘技術 ——納米熱噴涂及冷噴涂技術 ——納米薄膜技術 ——納米涂裝技術 以及金屬材料表面納米化加工和超精表面納米級加工等。 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 納米表面工程技術在制備功能薄膜方面具有廣闊前景。功能薄膜包括超導薄膜、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、功能化的納米結構薄膜能夠顯著改善材料的組織結構或

9、賦予產(chǎn)品新的性能。這是傳統(tǒng)表面工程技術所無法比擬的。納米表面工程制備的功能薄膜在電學、電子學、光學、光電子學、熱學、化學（催化） 、生物學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 運用納米表面工程技術修復和強化零件表面，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。從事機電產(chǎn)品設計及制造廠家及時掌握