一、表面工程
引言
表面工程技术是表面处理、表面涂(镀)层及表面改性的总称，是20世纪80年代世界十项关键技术之一，将成为21世纪主导技术之一。表面工程技术是通过运用各种物理、化学或机械工艺过程来改变基材表面状态、化学成分、组织结构或形成特殊覆层，使基体表面具有不同于基体的某种特殊性能，从而达到特定的使用要求。该技术不仪用于维修业，还用于制造业，是先进制造技术的重要组成部分，表面工程技术日益受到世界各国的重视，发展了各种用于表面工程的新型工艺技术，包括表面改性技术、表面薄膜制备技术和表面涂层技术。
1热喷涂
热喷涂是一种重要的表向工程技术，通过在普通材料的表面喷涂保护层、强化层和装饰层，来实现耐磨、耐蚀、耐局温、绝缘、导光的功能特性。近20年来发展迅速，由早期制备一般的装饰性和防护性涂层发展到各种功能性涂层，由产品的维修发展到大批量的产品制造:由单一涂层发展到包括产品失效分析、表向预处理、喷涂材料和设备的选择、涂层后加工的热喷涂系统工程。其应用领域从宇航业开始，迅速发展到各民用工业部门。热喷涂所用热源从电弧到等离子体、激光、电子束等，其喷涂粒子飞行速度从最初的几十m/s、提局到1000m/s、(爆炸喷涂)，在我国“六五”、“七五”、“八五”期间连续被列为重点推广项目。
热喷涂技术有许多工艺方法，目前应用比较厂泛的主要有火焰喷涂(丝材火焰喷涂、粉末火焰喷涂、爆炸喷涂、超音速火焰喷涂)、等离子喷涂和电弧喷涂。
由于电弧性能不断改善，电弧喷涂在20世纪80年代再次兴起。其原理是通过送丝装置将两根丝状金属喷涂材料送进喷极中两导电嘴内，作为阴、阳极，利用其接触短路生成电弧，熔化丝材，井用压缩空气雾化喷射到工件表面形成致密结合层。由于用电能作为能源，在节能和经济方面都优于其它喷涂方法，喷涂效率局，涂层结合强度高，对于恶劣环境下的工件防腐，如煤矿井筒、水冷壁十分有效，用电弧喷涂Cr13修复造纸烘缸既耐磨又耐蚀。目前我国的研究主要集中在封闭式电弧喷枪、推丝式送丝机构、平特性电源、药芯丝材喷涂材料等方面，国际上己研究高速射流电弧喷涂技术。
2激光表面处理
激光表面处理技术是把传统的表面热处理与焊接技术相结合的一门新技术，与其它传统的表湘工程技术如热喷涂等相比，突出特点在于能够得到其它表面工程技术很难达到或不能达到的效果，在航空航天、石油、汽车等行业应用前景厂阔，在我国的具体应用有冶金工业的冷轧辊激光毛化、热轧辊激光表面强化、导向板激光表面融合等，经济效益显著’5’。
用于表面处理的激光主要有三种类型:CO2激光、Nd:YAG激光和激元激光。目前CO2激光应用最广泛，最近ND:YAC激光发展很快，尤其是在需要自动拎制、小公差和高重复率的场合，我国可以制造1一5 kw横流CO2激光器，高功率YAG尚处于开发阶段。
3 堆焊技术
区别于其它表面工程技术，堆焊在使基体表面获得耐磨性能的同时，覆层材料与基体间形成牢固的冶金结合，因此，在一些要求表面不仅具有抗磨、抗蚀等性能血且还需承受强载荷作用的条件下，堆焊具有绝对优势，如冶金设备的轧辊等。堆焊厂泛应用于冶金、航空、机械等行业旧工件的修复和新产品的制造上，目前我国以修复为主。堆焊多属于异种钢焊接，良好的堆焊层需要从堆焊工艺和
材料上来实现。
3. 1堆焊方法
各国从20世纪50、60年代就开始发展各种各样的堆焊方法，基本上每种熔焊方法都可用于堆焊，文献11认为应从:①焊件的尺寸和形状、②堆焊材料的化学组分、③合金化对母材性能的影响、④表面变形和修整、⑤操作的费用等s个方面来具体考虑堆焊工艺方法。采用每种堆焊方法都希望获得尽可能小的稀释率、好的堆焊层质量和经济效益，近年来堆焊工艺方法也都是围绕“优质、高效、低稀释率”来进行12的。埋弧焊是应用最厂泛的堆焊方法，焊材从最初的单丝发展到多丝、带极，焊机也从单机头到多机头，熔敷效率从单丝的4.5-11. 3 kg/h 提高到多带极堆焊的22 - 68 kg/h. 而稀释率则由30% - 60%降到10% -2s%，在多丝埋弧焊中，近年日本开始了 6 丝振动埋弧焊研究，为解决埋弧焊热输入大血工件冷却慢造成的晶粒粗大问题，国内外开展了高速带极堆焊工艺的研
究，甘肃工大研制75 rnrn带宽，焊速达25一28 cm/min己获成功12。
等离子弧堆焊方法在各种堆焊方法中稀释率最低，但堆焊效率也几乎是最低的，通过改进设备，德国在20世纪90年代研制大功率等离子弧粉末堆焊设备，当电流在400 A时，堆焊效率可达8. 4 kg/h，稀释率为8%，焊速为14 cm/min。据最新消息，德国己达到70kb/h的最大熔敷速度，稀释率控制在10%以下:在我国，哈尔滨焊接研究所利用研制的新焊枪，可达到15 kh/h的熔敷速度，将稀释率拎制在1%以下12
3. 2堆焊材料
堆焊材料按使用形式可分为焊丝、焊带、焊条、焊剂等，焊条堆焊适用于工作量比较小或用其它自动化焊接方法难以处理的场合，堆焊质量依赖焊工的水平，质量不稳定，由于我国自动化水平比较低，焊条堆焊占的比重还相当大。与焊条相比，利用焊丝、焊带堆焊可获得较高的工作效率，稳定的质量，焊材的消耗量也低。药芯焊丝近几年发展很快，具有合金成分自由可调、燃弧稳定、经济高效等优点，尤其适合硬度高、冷作硬化严重、轧制拉拔困难的合金材料的堆焊。堆焊药芯焊丝的发展已在国内外引起重视。上海斯太立已引进并开发了若干种用于堆焊的药芯焊丝，天津大学也针对冷轧辊、热轧辊、连铸辊堆焊开发了系列药芯焊丝，井己在工程上得到成功应用。但至今堆焊药芯焊丝的发展仍远不能满足工程的需要，还处于发展阶段。目前我国使用的焊剂90%以上为熔炼焊剂，而工业发达国家烧结焊剂占80%，近年来，烧结焊剂才在我国引起重视，以锦州焊条厂为代表的焊剂生产和科研单位相继引进和开发了高速埋弧焊用烧结焊剂、高速带极堆焊焊剂、窄间隙埋弧焊剂等产品，使效率大为提高。总之，与国外相比，国内堆焊材料品种过少，不能满足实际生产的需要。
3.3国内堆焊存在问题
①堆焊材料品种少，不能满足生产实际需要。
②堆焊设备不配套或无专用设备，影响堆焊推厂应用如药芯焊丝用电源，一般多是借用有关设备或国产CO2实心焊丝专用设备，轧辊堆焊机通常由自动埋弧焊机改装等。
3. 4应用
堆焊广泛应用于模具、刀具、挖掘机、轧辊等需高耐磨性和承受强载荷工件的修复和制造，其中轧辊堆焊占相当大的比重。轧辊是冶金行业的三大耗件之一，目前我国年用量在80万t以上，堆焊修复费用仅为新辊价格的1 /4一1 /2. 而且经修复后，其寿命往往高于新辊，其经济效益和社会效益十分显著，现在国内
