熔覆方式對電弧增材制造高強耐磨層性能的影響

孫高明，柯浩，張備備，黃哲凱，李賢，張文杰，王金鳳

湖北汽車工業學院材料科學與工程學院，湖北 十堰 442002

鋼鐵材料廣泛應用于車輛、飛機、輪船等行業，但由于受腐蝕、磨損、疲勞[1-2]等因素的影響，具有潛在的斷裂風險。由磨損引起的機械零件和設備失效占比高達60% ~ 80%[3]。據不完全統計，一個工業化國家每年因摩擦磨損造成的經濟損失約占其國內生產總值的1% ~ 2%[4]，因此研究如何提高材料的耐磨性具有重大意義。

電弧增材制造(wire arc additive manufacturing, WAAM)是一種以焊接技術為基礎，采用電弧做熱源，使金屬絲、粉等材料熔化并沿一定路徑逐層堆積，最終得到接近產品形狀和尺寸要求的三維金屬坯件的制造技術。該技術具有成型效率高、成本低，易實現自動化等優點[5-6]，因而被廣泛應用。通過電弧增材制造表面高強耐磨層，可有效減少金屬材料損耗，延長零件的使用壽命，該技術廣泛應用于礦山、煤礦等重工業領域[7]。國內外專家學者對該技術進行了大量研究。薛冰等[8]采用TIG(鎢極氣體保護焊)電弧熔覆修復破損失效的低碳鋼零件，修復后的增材層有高于基體的硬度，耐磨損和耐腐蝕性能均得到改善，實現了在現場對破損低碳鋼 零件的表面修復和強化，滿足再制造的性能要求。李晨星等[9]采用了熱源光譜分析法計算了TIG 電弧增材熱源的溫度場，發現隨著增材層數的增加，電弧的產熱減少，弧柱中心的溫度逐漸降低。張金田等[10]通過數學分析方法，建立了能夠準確預測80% Ar + 20% CO2混合氣體保護下單道單層截面輪廓的全周期余弦函數模型，為后續單道多層，多道多層的電弧增材成型控制奠定了基礎。……