反應(yīng)氮弧熔覆TiN、TiN-Al2O3金屬陶瓷復(fù)合涂層研究.pdf

1、隨著農(nóng)業(yè)機械化程度的不斷提高，越來越多的農(nóng)業(yè)機械在整地、播種、收獲等諸多環(huán)節(jié)發(fā)揮著極其重要的作用。農(nóng)業(yè)機械的正確、合理、有效使用對于農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、增收意義重大。然而作為與土壤接觸的農(nóng)機關(guān)鍵部件在使用過程中，受到土壤中硬質(zhì)顆粒沖擊、磨損、腐蝕作用，極易早期失效。農(nóng)機部件的早期失效，已經(jīng)成為影響作業(yè)效率、質(zhì)量及成本的關(guān)鍵問題。本文基于在農(nóng)機觸土刀具表層制備TiN、TiN-Al2O3金屬陶瓷強化涂層的設(shè)計思想，系統(tǒng)研究氮弧反應(yīng)生成TiN機理及熔覆

2、電流、熔覆速度、氮氣流量、Al2O3含量等對涂層組織結(jié)構(gòu)、物相組成、顯微硬度、耐磨、耐蝕性能的影響，優(yōu)化工藝參數(shù)，主要研究結(jié)果如下:
　　在反應(yīng)氮弧熔覆過程中，高的氮弧能量使部分氮氣被電離成氮離子(N+、N-)和氮原予(N)，氮離子、氮原子通過擴散且在熔池涌動、電磁吹力的作用下，與熔融的Ti充分接觸，反應(yīng)生成TiN/Fe金屬陶瓷復(fù)合涂層。涂層物相主要由TiN和Fe組成，TiN呈現(xiàn)為枝晶狀、不規(guī)則顆粒狀，TiN晶粒與基體元素相互滲透

3、，形成了良好的冶金結(jié)合。
　　熔覆參數(shù)對涂層組織及性能有重要的影響。當(dāng)電流為160A時，速度3mm/s時，氮氣流量20L/min時，涂層均有較高的顯微硬度，顯微硬度最高可達1200HV，約為基體顯微硬度的5倍多。與基體相比，TiN金屬陶瓷涂層具有較好的耐磨性能。
　　以耐磨性為目標，TiN金屬陶瓷涂層的優(yōu)化工藝參數(shù)為:熔覆電流180A，氮氣流量為20L/min，熔覆速度為3mm/s，鎢極直徑為Φ3.2mm。采用優(yōu)化工藝制備的

4、TiN涂層平均顯微硬度為1000HV左右，最高達到了1200HV;腐蝕試驗表明，在3.5％NaCl溶液和5％H2SO4溶液中，與基體相比，TiN金屬陶瓷涂層腐蝕速度約為其1/3，具有較好的耐腐蝕性能。
　　Al2O3含量對氮弧熔覆TiN-Al2O3金屬陶瓷涂層的組織結(jié)構(gòu)和性能影響較大。當(dāng)Al2O3含量為6％時，涂層硬質(zhì)相呈離散分布、無明顯的裂紋、氣孔及空洞等缺陷，顯微硬度最高可達1400HV;但隨著Al2O3的含量增加為10％和1

5、2％時，涂層表面出現(xiàn)了較多的氣孔、裂紋甚至溝壑等現(xiàn)象，顯微硬度最低下降到了600HV。
　　與TiN涂層相比，TiN-Al2O3涂層顯微硬度最高提高了約200HV，摩擦系數(shù)波動小、變化平穩(wěn);腐蝕試驗表明，在3.5％NaCl溶液中，TiN涂層的腐蝕電位低于TiN-Al2O3涂層，TiN涂層的腐蝕傾向大于TiN-Al2O3涂層，而在5％ H2SO4溶液中，兩者的腐蝕電位相當(dāng)。但在兩種腐蝕溶液中，TiN-Al2O3涂層的腐蝕電流和腐蝕速