随着表面工程领域的不断发展， 电火花沉积已经成为再制造领域中一项主要的表面技能。 海内 外许多学者对电火花沉积修复层的微不雅观组织及力学性能等方面进行了研究。研究了 Q235 钢电火花堆焊 DH-50 镍基焊丝接头的行为。 然而， 但在不同电火花沉积参数条件下， 对 Q235 钢表面沉积修复层与其结合界面行为的影响研究较少。 本文对不同能量输出幅度（输出能量百分比） 条件下修复层的界面行为进行研究， 剖析修复层与基体的结合情形、 微不雅观组织身分， 并比拟剖析不同沉积参数下修复层界面的残余应力大小。 以期为电火花沉积技能在再制造领域的实际运用与推广供应理论依据。
实验实验以纯 Ni201 为电极材料， 紧张化学身分（以质量分数计）为： Ni+Co 99． 9% ， Si 0． 03% ， C 0． 01% ，Fe 0． 04% ， Cu 0． 01% ， Mn 0． 002% 。 以 Q235 钢为基体， 利用 DHD-6000 型电火花沉积设备， 在氩气保护 环境中制备 Ni201 修复层。 沉积设备紧张参数如下：功率 3 kW， 输出频率 40 ～1200 Hz， （微弧放电韶光是非的百分比）、输出幅度和转速 0% ～ 100% 连续可调。 沉积基体尺寸为 50 mm×50 mm×10 mm。 先用400 目 砂纸将基体待沉积面的氧化层去除， 再用丙酮溶液对基体进行洗濯去 污并风干， 弧比 为 35% ～40% ， 别的参数见表 1， 沉积时电极伸出沉积枪的长度为 10 mm。
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基体 Q235 钢的化学组成（以质量分数计） 为： C0． 14% ～ 0． 22% ， Mn 0． 30% ～ 0． 65% ， Si 0． 30% ， S0． 05% ， P 0． 045% ， Cr 0． 03% ， Ni 0． 03% ， Cu 0． 03% 。据国际焊接学会推举的碳当量公式打算， 得 Q235钢的碳当量小于 0． 40% ， 基体 Q235 钢淬硬性较小，焊接性能良好， 不需预热处理。
修复层制备完成后， 利用线切割将被修复基系统编制成 10 mm×10 mm×10 mm 的检测试样， 对残余应力检测试样不做抛磨处理， 以避免抛磨过程对修复层残余应力产生影响。 待残余应力检测完毕后， 依次分别用800 目 ，1500 目 ，3000 目 的砂纸和金相抛光机将检测试样横截面抛光成光亮的镜面。 用于金相组织不雅观察的试样， 基体 Q235 钢部分用 4% 的硝酸酒精溶液堕落， Ni201 修复层部分用王水堕落。
采取 MLA650F 型扫描电子显微镜， 对修复层与基体结合界面的显微描述和组织构造进行不雅观察剖析。结合能谱仪（EDX）剖析修复层元素分布情形， 修复层物相身分以及表面残余应力均采取 Empyrean 型X射线衍射仪进行检测剖析。
修复层界面组织剖析图 1 为基体 Q235 钢的金相组织。图中显示组织中紧张分布着片状铁素体和珠光体， 由于放大倍数较小（20×）， 珠光体呈现一团玄色。 图 2 中修复层为呈板条状的铸态组织， 是沉积过程中形成的熔化微区在冷却时形成的柱状晶组织，紧张沿着温度梯度降落的方向成长， 个中含有少量夹杂和眇小弥散地析出相。
修复层与基体结合界面的宏不雅观描述如图 3 所示。修复层与基体之间存在一条清晰而又结合紧密的熔合线， 由于沉积过程中眇小熔区内微弧脉冲放电能量不屈均， 导致熔合线并非空想的直线。 结合处没有涌现缝隙等明显修复毛病， 基体一侧分布着一些玄色团状物质， 这是由于在沉积过程中析出的碳化物， 经堕落过度变黑所致。
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图 4 为能量输出幅度取值 40% 与 45% 时， 在电子扫描显微镜下放大 4000 倍的界面描述图。 图 4a 中基体与修复层结合状况良好， 图 4b 结合界面的熔合线处涌现部分沉积毛病，如图 4b 中区域 A 所示。 从图 4 中可以看出，基体与修复层结合紧密， 修复层组织均匀，构造致密， 没有产生明显影响结合性能的裂纹和孔洞， 基体与修复层实现了 结合强度较高的冶金结合。能量输出幅度为 45% 时， 结合界面熔合线附近部分区域涌现如图 4b 区域 A 所示微不雅观沉积毛病， 此处毛病的产生与综合反响焊接工艺参数的线能量大小（即微弧放电对单位长度焊缝输入的能量大小）有关。
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由于电火花沉积本色是一种微弧焊接工艺， 当能量输出幅度提高时， 沉积过程中线能量随之增加， 微熔池内高温持续韶光得到延长， 致使晶粒粗化， 脆化 方向增大， 导致 A 处毛病的产生。 因此， 为避免修复层中涌现过多类似 A 处的微不雅观毛病， 掌握沉积过程中能量的输出幅度显得尤为主要。
修复层界面元素分布能量输出幅度为 40% 与 45% 的元素能谱线扫描结果如图 5 所示， 个中线扫描长度为 41 。 图中显示在两种不同的能量输出幅度下， 基体中的 Fe 元素与电极 Ni201 中的 Ni 和 Co 两种紧张元素均发生了 相互扩散征象， 由基体到修复层， Fe 元素含量逐渐降落，Ni 元素含量逐渐增加， 解释两者扩散的紧张方向 不同， Fe 是从基体向修复层扩散的， 而 Ni 是由修复层向基体扩散。 从扫描结果曲线可以看出， 图 5b 所示 Fe元素在修复层中的含量比图 5a 修复层所含 Fe 元素的量高， 由于能量输出幅度增大， 熔池温度随之升高，单次沉积熔化基体的能量增加， 匆匆使基体与电极材料领悟较为充分。
因此， 这两种不同参数下制备的修复层中 Fe 元素的含量有所不同， 但含量差别不明显（约10% 旁边）。 这是由于修复层为多道沉积叠加而成，第二道修复层是在第一道的根本上形成， 电极材料与基体材料没有进行直接打仗； 在第二道沉积过程中，高温熔池内的金属以电极材料和第一道修复层为主。因此， Fe 和 Co 分别在修复层和基体中 的含量均不 高。 图 5b 显示 Fe 和 Ni 元素的扫描曲线在熔合线靠近修复层一侧涌现了 一段狭小的缓冲平台， 表明在修复层与基体结合界面处存在一个元素领悟的过渡区， 如图 5a 比拟可知， 输出幅度为 40% 的过渡区更加局促， 可能与沉积过程中能量输出大小有关。
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鉴于以上对元素线扫描结果的定量剖析， 下面仅对能量输出幅度为 45% 时的元素面分布进行定性剖析， 元素面分布结果如图 6 所示。 结果显示 Fe， Ni， Co 元素在修复层界面处整体分布均匀， 元素含量过渡层次分明， 与线扫描结果相同等。 从图 6c 可以看出， Ni元素在基体区域的含量急剧减少， 由于沉积过程中产生的高温使沉积点处的基体处于熔融状态， 当旋转电极与基体打仗时， 部分液态基体金属附着凝固在电极表面形成一层包裹层， 阻碍了 电极元素与基体元素的领悟扩散， 导致元素 Ni 的含量由修复层到基体急剧减少。 Co 元素在界面处罚布均匀， 含量变革不明显，由于沉积过程中作为溶质的 Co 金属半径（0． 125 nm）与溶剂 Fe 金属半径（0． 126 nm） 靠近， 两者易于产生置换固溶体， 因此在基体与修复层中都分布着一定含量的 Co 元素， 同时产生固溶强化浸染， 有利于提高修复层强度。
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物相剖析对 Ni201 修复层与基体的结合界面进行 X 射线衍射剖析， 如图 7 所示。 可以判断， 修复层与基体结合界面处紧张由铁镍合金 Fe10． 8Ni、 γ（Fe， Ni） 固溶 体、CoFe15． 7 及 Fe 相组成。 新相的形成解释电火花沉积修复层不是电极材料在基体上的大略涂覆， 而是两者进行化学冶金领悟的过程。
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残余应力剖析图 8 是利用 Empyrean 型 X 衍射仪对修复层表面残余应力的检测结果。 从图中可以直不雅观看出， 能量输出幅度为 40% 时， 残余应力为－38． 1 MPa， 当输出幅度增加到 45% 时， 残余应力为－81． 6 MPa， 负号表明残余应力均为压应力， 修复层压应力的形成可能与熔化过程中， 受热膨胀受限所产生的不屈均压缩塑性变形在冷却阶段未被因紧缩产生的拉伸应力完备卸载，以及沉积过程中旋转电极与基体高频撞击有关。 残余应力随着能量输出幅度的提高而增大， 解释修复层残余应力大小受能量输出幅度的直接影响， 由于能量输出的增加， 使得微弧放电对单位长度修复层输入的热量增加， 提升了 沉积最高温度， 致使沉积区域与基体未受热部分的温度梯度变大， 快速升温与冷却的过程终极导致修复层残余应力增大。
一样平常情形下， 修复层与基体的结合强度大小不超过 100 MPa 。 修复层表面残余应力虽然受到能量输出幅度增加的影响而增大， 但始终都在修复层与基体结合强度范围之内， 这与材料的热力学性能有关。由于电火花沉积过程中可以使沉积区域的温度瞬间达到 8000 ～ 25000 ℃ ， 材料的屈从强度会因温度的升高而降落， 当温度升高到一定程度时， 材料会发生屈从以抵消受到的应力。 因此， 电火花沉积的 Ni201 修复层表面的残余应力不会太大， 修复层制备完成后也无需进行任何热处理， 同时， 残余压应力的存在有助于提高修复层的抗疲倦强度。
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结论1） 能量输出幅度分别为 40% 和 45% 时， 修复层组织均匀， 构造致密， 在结合界面处发生元素相互扩散现 象， 说 明 电 火花 沉 积 的 Ni201 修 复 层 与 基 体Q235 刚实现了 结合强度较高的冶金结合。 输出幅度为 40% 时， 结合界面熔合线处光滑 均匀， 无结合毛病； 输出幅度为 45% 时， 熔合线附近有部分沉积毛病产生， 前者较后者结合良好。 2） 在修复层界面处检测到 Fe10． 8Ni、γ（Fe， Ni）固溶体、CoFe15． 7 等新相的存在， 表明电极材料与基体材料发生了 冶金化学领悟反应， 修复层为冶金结合层。 3） 受能量输出幅度的影响， 在 40% 与 45% 输出幅度下的修复层表面残余应力分别为 －38． 1 MPa 和－81． 6 MPa， 且为压应力， 对修复层的抗疲倦强度会产生有利影响。 综合以上剖析， Q235 钢表面电火花沉积 Ni201 修复层的综合质量在能量输出 幅度取值 40% 时较好。
