高能離子滲鍍梯度功能材料簡(jiǎn)介及其在水泥廠的應(yīng)用與前景

高能離子滲鍍梯度功能材料是一種新型表面處理材料，它具有良好的耐磨性、耐蝕性、耐熱性，在工程領(lǐng)域?qū)⑻娲鞣N性優(yōu)價(jià)高的合金鋼和鉬、鎳、鈦等金屬。因?yàn)闈B鍍過(guò)程本身費(fèi)用并不高，又有很高的性價(jià)比，因此在電力、化學(xué)、建材、機(jī)械等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用前景。

2.高能離子滲鍍梯度材料的生產(chǎn)方法及原理

高能離子滲鍍梯度功能材料是采用離子注入法生產(chǎn)的，欲滲材料（靶材）與被修材料（鋼基體）均放在桶形陰極內(nèi)，采用輝光放電原理，使靶村變成離子。離子在電場(chǎng)力作用下向鋼基體（陰極）快速運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)行中，通過(guò)特殊裝置獲得高能，射向基材，由于輝光放電能量大，靶材和基材都處于高溫狀態(tài)下，射到并聚集在基材表面的高能原子不斷沿著基材的晶體缺陷向基體內(nèi)部快速擴(kuò)散。最后形成欲滲金屬元素在鋼基體表面富集，并滲入到基體內(nèi)一定深度，由表及里，欲滲元素濃度呈梯度遞減，其組織結(jié)構(gòu)也呈梯度變化，形成鋼基材外表面具有欲滲金屬（非金屬）的性能，鋼基材心部仍保持原來(lái)的性能，中間層性能逐漸過(guò)度的梯度功能材料。 3.高能離子滲鍍梯度功能材料的性能及特點(diǎn)

3.1高能離子滲鍍梯度功能材料的性能
高能離子滲鍍梯度功能材料的主滲層厚度可在100－600微米間變動(dòng)。滲鍍層被滲元素濃度大于98％，主滲層被滲元素平均濃度大于60％，再向內(nèi)濃度遞減。滲層的性能主要取決于被滲金屬或非金屬與鋼基材生成的固溶體和化合物的性能。材料表面層滲入不同金屬或非金屬時(shí)就具備了不同的物理、化學(xué)性能，而且從表及里功能成梯度變化。

3.1.1 耐熱性
在耐熱鋼或高溫合金基體上滲進(jìn)使用條件下需求的金屬、合金或非金屬，得到不受熱力學(xué)條件限制，一般冶煉方法無(wú)法得到的合金相或金屬門化合物，形成比基體材料力學(xué)性能更好、更耐高溫氧化的滲鍍層，可滿足各種高溫工況條件下對(duì)耐熱材料的需求。 如在碳鋼或耐熱鋼等基體表面脫炭到0．005％以下，在按一定比例，采用單元或多單作滲鎢、鉬、鉻、鎳、鋇、鋯等元素，形成的各種耐熱滲層，可耐1000℃以上的高溫氧化。

3.1.2 耐蝕性
由于滲層成分可控制，滲層致密無(wú)針孔，可在碳鋼或耐蝕合金基體上滲鍍上抵抗特定腐蝕介質(zhì)對(duì)腐蝕具七“克星”功能的金屬、合金或非金屬，使基體表面形成性能獨(dú)特的不銹鋼或特殊合金，耐蝕性高于各種成分的不銹鋼，可滿足各種高溫工況條件下對(duì)耐蝕材料的需求。如在碳鋼或不銹鋼等基體表面脫炭到0.01％以下，在按一定比例，采用單元或多單元滲鎳、鉻、鉬、鈦等金屬，形成類似奧氏體不銹鋼、哈氏合金、因考耐爾合金等滲層，能經(jīng)受各種惡劣腐蝕環(huán)境的考驗(yàn)。 3.1.3 耐磨性
在碳鋼或工具鋼等在面滲入鎢、鈦、鉻等元素，再經(jīng)滲碳處理。滲層中形成碳化鎢、碳化鈦、碳化鉻等高硬碳化物，維氏硬度高于2000，形成類似硬質(zhì)含金或高速鋼的表面，提高了基體金屬的耐磨性和表面強(qiáng)度。 耐磨性比碳鋼高5倍以上，可用于各種劇烈磨損和強(qiáng)烈磨蝕的場(chǎng)所。

3.1.4 可焊性
在難于焊接的金屬或合金基體表面滲鎳可改變和解決零件表面的時(shí)焊性。

3.1.5 磁性能和自潤(rùn)滑性能
在金屬或合金基體上滲入硅、硫等非金屬時(shí)，可分別提高基體金屬的磁性能、白潤(rùn)滑性能。

3.2 高能離子滲鍍梯度功能材料的特點(diǎn)
高能離子滲鍍梯度功能材料與電鍍、化學(xué)鍍、離子鍍、陰極濺射、等離子噴涂等表面工藝處理的材料有著本質(zhì)上的區(qū)別。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）經(jīng)鍍覆、噴涂等工藝處理的材料表面層與基體沒有形成固溶體，兩者之間的結(jié)合力基本屬于機(jī)械結(jié)合，長(zhǎng)期使用會(huì)產(chǎn)生層裂。而高能離子滲鍍梯度功能材料的被滲金屬或非金屬與基體形成固溶體和化合物，屬于冶金合力，不會(huì)產(chǎn)生層裂現(xiàn)象。

（2）經(jīng)鍍覆、噴涂等工藝處理的材料表層均存在微孔，可導(dǎo)致耐熱和耐蝕性能下降。而高能離了慘鍍梯度材料的滲鍍層由于高能離子是無(wú)孔不入的，不論微觀的晶體缺陷，還是宏觀的微孔，高能離子都能轟擊進(jìn)去，使?jié)B鍍層致密無(wú)微孔。因此耐熱性和耐蝕性提高。

（3）欲滲材料的選擇是根據(jù)零部件所需性能決定的，如鎢、鉬、鉻、鎳、鈦、鋁、硅、硫、氮、硼等，這些元素可單獨(dú)滲，也可多元滲，滲時(shí)成分可控制。

（4）高能離子滲金屬或非金屬后的產(chǎn)品尺寸精度基本無(wú)變化，且被滲零部件形狀不受限制，平面、曲面、溝槽都能滲鍍，滲鍍層外處處均勻致密，這為耐熱、耐蝕、耐磨市場(chǎng)的異型產(chǎn)品的生產(chǎn)開辟了一個(gè)新的途徑。 4.高能離子滲鍍梯度功能材料在水泥行業(yè)的應(yīng)用實(shí)例

下面以高能離子滲鍍梯度耐磨材料為例予以說(shuō)明。

在水泥行業(yè)中需用大量的耐磨材料，目前，這些材料包括高錳、高鉻或耐磨鑄鐵、粘貼陶瓷、襯耐磨橡膠。硬質(zhì)合金、熱噴涂陶瓷等。這些材料過(guò)去對(duì)提高水泥廠耐磨零部件壽命起到了很好的作用。但這的材料也有不足，如耐磨性提高倍數(shù)不理想，重量重，強(qiáng)度和沖擊韌性普遍較低等，使水泥廠許多重要的耐磨場(chǎng)合使用效果個(gè)理想。而采用碳化鎢一鋼梯度耐磨材料就可以改善上述情況。碳化鎢一鋼耐磨材料是在碳鋼或合金鋼是體上，采用高能離子注入高耐磨的碳化鎢而形成的高能離于滲鍍梯度耐磨材料，碳化鎢與鋼是冶金結(jié)合，成份呈梯度變化，該梯度耐磨材料表由具有碳化鎢的高硬度、高抗磨性，心部具有碳鋼或合金鋼的高強(qiáng)度和韌性，并有良好的機(jī)械加工和焊接性能，是一種硬度、強(qiáng)度、韌性三者兼?zhèn)涞哪湍ゲ牧?，和其他耐磨材料相比重量輕很多。碳化鎢一鋼梯度耐磨材料的表面硬化層大于lmm，其中碳化鎢富集層為0.3－0.5mm， 硬度HRC＞62，與淬硬后的高速鋼相當(dāng)。 但它的耐磨性為淬硬高速鋼的3－10倍．這主要是由于材質(zhì)不同了，碳化鎢是一種高硬度陶瓷，它與鋼基體形成特殊的冶金組織結(jié)構(gòu)，使碳化鎢一鋼梯度耐磨材料員然沙層厚度在毫米級(jí)內(nèi)，卻具有意想不到的耐磨性。碳化鎢一鋼梯度耐磨材料已在水泥行業(yè)的物料粉碎及輸送統(tǒng)。燃料燃燒系統(tǒng)等機(jī)械上使用，且取得了十分滿意的效果。如水泥輸送管道的彎頭、異徑管，多通道燃燒器的噴頭等。通過(guò)使用后證明，高能滲鍍梯度耐磨材料的耐磨效果是出乎意料的。

5.高能離子滲鍍梯度功能材料在水泥行業(yè)的應(yīng)用前景

高能離子滲鍍梯度功能材料及其工藝。開辟了金屬材料保護(hù)和金屬材料改良的廣闊天地，是表面工程的又一重大突破。因此，高能滲鍍梯度功能材料分水泥行業(yè)中的輸送機(jī)械。風(fēng)機(jī)、除塵器、燃燒器、泵、閥、煙道部件、輸粉管道等耐磨、耐熱、耐蝕的機(jī)械設(shè)備中將獲得越來(lái)越多的使用。