《电焊机》杂志2024年第11期特别专题
序言
PREFACE
专题主编 | 赵军军
浙江巴顿焊接技术研究院先进焊接工程应用中心副主任，博士，硕导，中国机械工程学会表面工程分会委员，中国机械工程学会焊接分会堆焊及表面工程专业方向副主任兼秘书长。先后任职于装甲兵工程学院、山东京泰机械装备再制造有限公司等单位，长期从事堆焊、表面工程和再制造工程等专业方向的教学科研和生产实践工作。主持并参与国家自然科学基金、科技部重点专项、国防预研等项目十多项;获军队科技进步二等奖1项，3等奖2项；授权发明专利2项，参与编写2部专著和1部教材，发表论文百余篇。
浙江巴顿焊接技术研究院介绍
浙江巴顿焊接技术研究院是由浙江金蛋科技有限公司、乌克兰国家科学院巴顿焊接研究所、杭州市萧山区人民政府三方于 2020年年初共建的民营非企业机构。研究院是乌克兰巴顿焊接研究所在中国合作范围最广、合作层次最高的海外分支机构，乌克兰巴顿所向本单位开放其全部的科研能力和人才体系。研究院重点围绕航空航天、能源动力等高端装备制造领域，充分挖掘乌克兰巴顿焊接研究所的技术优势，通过引进乌克兰巴顿焊接研究所的先进技术、领军型人才团队及其他国内外技术带头人，建设具有国际视野的前沿材料加工、焊接与表面工程技术的研发机构和技术示范平台，从事关键与共性技术创新、技术推广、人才培育、成果产业化工作，促进创新链、产业链、资金链融合，进一步提高工业企业的科技生产潜力和技术水平，助力我国在高端装备制造领域实现自主创新研发。
研究院现有中乌双方技术人员30余名，包括3名院士和多名教授。引进乌克兰巴顿所先进焊接和表面工程设备9台套，具备47项先进技术成果转化能力。拥有焊接与表面工程相关的基础检测分析设备30余台，建成一个省级工程研究中心，承担多项省部级科研项目的研究，被浙江省科技厅认定为“2021年度省级国际联合实验室”。
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本期论文速递（一）
我们将18篇优秀专题论文（分六期）全部推送给大家，欢迎大家自行获取阅读。
THESIS
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类高熵硬质相复合强化铁基耐磨堆焊材料研究现状
ONE
摘要
铁基耐磨堆焊材料因价格低廉、性能良好而广泛应用于工业领域。然而，传统高碳高铬铁基合金耐磨性提升往往需要加入大量硬质相，这会使合金脆性增大，导致硬质相脱落影响耐磨性。为解决这一矛盾，在不提高成本的前提下，控制加入硬质相的比例，使其形成具有类高熵性质的硬质相，在增强材料耐磨性同时使合金保持一定的韧性，是一个新型的研究方向。综述了Mo、Ti、W、V、Nb等合金元素对铁基耐磨合金的影响，它们可在铁基耐磨合金中形成碳化物，并通过细化组织、改变硬质相尺寸及分布来提高材料的耐磨性。介绍了多元硬质相强化铁基耐磨堆焊材料的现状，多元强化比单一组元强化更有效。重点介绍了（类）高熵碳化物强化耐磨材料的研究现状，高熵碳化物陶瓷具有优异性能，且类高熵硬质相强化高锰钢的效果显著，为类高熵硬质相复合强化铁基耐磨堆焊材料的研究提供了一定的参考。
关键词
铁基耐磨堆焊材料；类高熵硬质相；堆焊；耐磨性；多元强化
结语及展望
（1）目前在铁基耐磨材料，尤其是高铬高碳耐磨材料中，最常用的合金强化元素为Mo、Ti、W、V、Nb等，不同元素对材料的强化效果也不同，通过添加不同种类以及含量的合金元素或者硬质相，可在基体中生成大量的碳化物，形成复杂的共晶化合物；同时，还能使组织得到细化、改变硬质相的尺寸及分布，能够有效地提高铁基合金的耐磨性。
（2）目前铁基耐磨堆焊材料的多元强化是近些年研究的热点，相比单一组元的加入，多元强化生成的复合碳化物会使其在硬度、形状、大小上更为理想，硬质相和基体组织也有着更好的结合性，通过控制元素含量而形成多元硬质相，可以使堆焊层的硬度及耐磨性得到更好的提升。
（3）（类）高熵硬质相对材料进行强化从理论上讲也属于多元强化的范畴，不过（类）高熵硬质相的形成一般需要更多硬质相元素的加入（四种及以上），同时需要控制硬质相元素配比，等摩尔比或近似等摩尔比的加入进行实现。高熵碳化物是由五个或更多等摩尔比的过渡金属元素组成的单相固溶体，与单一碳化物相比，其有着更好的硬度、抗氧化性、耐磨性和更好的热稳定性。（类）高熵硬质相复合强化耐磨材料将成为近年来热门的研究方向。
（4）铁基耐磨材料在单一组元、多组元强化的领域已经研究的较为深入，很难寻求突破，硬质相含量和其脆性剥落的矛盾也难以解决，已有研究表明，（类）高熵碳化物复合强化材料具有理论的可行性，且在高温、低温磨损方面都有着良好的表现。各国学者对高熵碳化物陶瓷的研究也越来越多，然而对（类）高熵硬质相复合强化铁基耐磨材料的研究少之又少。通过研究焊接材料不同硬质相配比体系设计、制备工艺流程和熔焊工艺对熔覆金属性能的影响，实现类高熵硬质相配比优化，开发高耐磨的焊接材料和熔覆金属或将是铁基耐磨堆焊材料发展的新方向。
THESIS
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合金元素对Cu-Ni基熔覆层组织和性能的影响
TWO
摘 要
为改善高强钢的表面性能，利用电弧熔覆技术在X80钢表面制备了两种添加不同合金的铜基熔覆层，分别为Cu-Ni-Fe-Nb-W和Cu-Ni-Fe-Ti。采用OM、SEM、EDS、显微硬度计、摩擦磨损试验机以及电化学工作站等仪器设备研究了Nb-W、Ti等合金元素对Cu-Ni基熔覆层组织和性能的影响。结果表明，两组Cu-Ni基熔覆层的显微组织由底部到顶部均为平面晶、胞状晶、树枝晶和等轴晶 ，Nb-W和Ti均有细化Cu-Ni熔覆层组织的作用。Cu-Ni-Fe-Nb-W熔覆层的平均硬度值为161.9HV0.1，Cu-Ni-Fe-Ti熔覆层的平均硬度值为176.4HV0.1，且Cu-Ni-Fe-Ti熔覆层的摩擦系数和磨损量均低于Cu-Ni-Fe-Nb-W熔覆层，表明添加Nb-W和Ti能够提升熔覆层的力学性能，且添加Ti元素的效果要优于Nb-W元素。电化学测试表明，添加合金元素的Cu-Ni基熔覆层的耐蚀性要明显优于X80钢的耐蚀性，且Cu-Ni-Fe-Ti熔覆层的耐蚀性优于Cu-Ni-Fe-Nb-W熔覆层。
关键词
Cu-Ni基熔覆层；合金元素；组织；力学性能；耐蚀性
结 论
（1）分别添加Nb-W、Ti合金元素的Cu-Ni基熔覆层从熔覆层底部至熔覆层顶部区域的组织形貌依次为平面晶、胞状晶、树枝晶、等轴晶；研究发现Cu-Ni-Ti熔覆层的微观组织较Cu-Ni-Nb-W熔覆层的微观组织粗大；Cu-Ni-Nb-W熔覆层的微观组织由富铜相和富铁相构成；Cu-Ni-Ti熔覆层的组织由Cu-Fe-Ni（1∶1∶1）固溶体基体及在基体上析出的富铜相及富铁相构成。
（2）Cu-Ni-Nb-W 熔覆层的平均硬度值低于Cu-Ni-Ti熔覆层；并且Cu-Ni-Ti熔覆层的耐磨性能优于Cu-Ni-Nb-W 熔覆层的耐磨性能。
（3）分别添加Nb-W、Ti合金元素的Cu-Ni基熔覆层以及X80钢进行电化学测试，得到相关的极化曲线，并对极化曲线进行分析，得出耐蚀性优劣为Cu-Ni-Ti熔覆层>Cu-Ni-Nb-W熔覆层>X80钢。
THESIS
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Ni60/金刚石复合涂层激光熔覆粉末空间行为与成形分析
THREE
摘 要
采用同轴送粉激光熔覆技术在Q235钢基体上制备Ni60/金刚石复合涂层，借助高速摄像设备对Ni60/金刚石复合粉末的空间行为进行研究，并使用高速摄像、拉曼光谱、体式显微镜和扫描电镜等设备对粉末行为和涂层形貌进行分析。重点研究了激光功率对金刚石石墨化程度、熔池大小、涂层完整性和热影响区大小的影响。研究表明：根据受到激光辐照程度，粉末颗粒可分为三种状态，在强烈辐照下的高亮状态、在较弱辐照下的低亮度状态和几乎未受到辐照的黑色原始状态。在激光辐照作用下Ni60粉末颗粒被点亮的数量远大于金刚石粉末颗粒。Ni60粉末颗粒在被点亮后保持与原始状态相同的球形形态，金刚石颗粒被点亮后同时存在不规则形态与球形形态。金刚石的石墨化程度随着激光功率的增加而增加，当激光功率为1.0kW时，涂层具有较好的成形质量。
关键词
Ni60/金刚石复合涂层；激光熔覆；空间行为；成形质量
结 论
本研究采用同轴送粉激光熔覆技术在Q235钢上成功制备了Ni60/金刚石复合涂层，研究了Ni60和金刚石粉末颗粒在空中的物理状态变化，分别从金刚石的石墨化、熔池大小、表面涂层完整性和热影响区大小四个方面评估了涂层的成形质量，得到以下结论：
（1）Ni60粉末颗粒在被点亮后保持与原始状态相同的球形形态，金刚石颗粒被点亮后同时存在不规则形态与球形形态。且金刚石粉末束流中“尾巴”的亮度与数量显著低于Ni60粉末束流，表明金刚石粉末颗粒在惰性气体保护下的热稳定性高于Ni60粉末。
（2）激光功率为0.9kW和1.0kW时，金刚石没有发生石墨化；激光功率高于1kW时，金刚石产生一定程度的石墨化。当激光功率不低于1.0kW时的熔覆层具有较小的稀释率及较好的涂层完整性，涂层成形质量较好。
（3）随着激光功率的增加，热影响区的宽度、深度及面积均逐渐增大。当激光功率从1.1kW增加到1.2kW时，热影响区的深度和面积显著增大，因此，激光功率应不高于1.1kW。
伊达新技术电源(昆山)
有限公司
南通振康焊接机电
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宁波贝德尔电讯电机
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北京金威焊材有限公司
南京奇霍科技有限公司
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END
来源：《电焊机》杂志2024年第11期
