面向再制造的高速電弧噴涂鐵基非晶納米晶涂層制備與表征.pdf

1、再制造工程是以產(chǎn)品全壽命周期理論為指導(dǎo),以提升廢舊產(chǎn)品性能為目標(biāo),以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保為準(zhǔn)則,以先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)為手段,修復(fù)、改造廢舊產(chǎn)品的-系列技術(shù)措施或工程活動(dòng)的總稱。高速電弧噴涂技術(shù)作為再制造工程關(guān)鍵技術(shù)之一,在機(jī)械零部件再制造中發(fā)揮了極其重要的作用。鐵基非晶/納米晶合金作為一種新型材料,具有高的強(qiáng)度和韌性,良好的耐磨和耐蝕性能及低成本等特點(diǎn),在再制造工程領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　 本文自主研發(fā)了具有強(qiáng)

2、非晶形成能力的鐵基粉芯絲材,基于自動(dòng)化高速電弧噴涂技術(shù)制備了FeCrBSiMnNbY非晶納米晶涂層和FeBSiNb非晶涂層,實(shí)現(xiàn)了非函納米晶涂層的制備與成形一體化。研究了非晶納米晶涂層的微觀結(jié)構(gòu),分析了涂層中非晶/納米晶的形成機(jī)制及低氧化物含量的形成機(jī)理,探討了不同條件下涂層的抗沖蝕性能和摩擦學(xué)性能,為非晶/納米晶涂層在再制造工程中的應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。主要研究成果如下:
　　 研制了直徑為2mm的低成本、強(qiáng)非晶形成能

3、力兩種鐵基粉芯絲材?；陔娀娡炕^(qū)的快速、動(dòng)態(tài)冶金過程,實(shí)現(xiàn)了鐵基非晶/納米晶涂層的制備。研究了涂層的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。結(jié)果表明:FeCrBSiMnNbY涂層的組織主要由非晶相和α Fe(Cr)納米晶相組成,納米晶尺寸為15～96nm,均勻分布于非晶母相上。涂層非晶相含量為63.5％,孔隙率為1.7％；且具有高的硬度、彈性模量和結(jié)合強(qiáng)度。FeBSiNb涂層組織基本由單一的非晶結(jié)構(gòu)組成；其組織均勻,結(jié)構(gòu)致密,孔隙率較低(≤1.4％).

4、與基體結(jié)合良好(結(jié)合強(qiáng)度≥57.4MPa),玻璃轉(zhuǎn)化峰值溫度為574℃,且具有較低氧化物含量(≤2 at.％)。涂層的硬度為16.42 GPa,橫向斷裂強(qiáng)度為282 MPa。研究了不同退火溫度下FeBSiNb非晶涂層組織及力學(xué)性能。當(dāng)退火溫度低于600℃時(shí),隨著溫度的升高,涂層中非晶相含量逐漸降低,納米晶尺寸不斷增大,硬度和彈性模量逐漸升高,耐磨性能也隨之提高。經(jīng)650℃熱處理后,涂層的組織主要由αFe、Fe23B6和Fe3B三相組成.

5、
　　 探討了FeBSiNb非晶涂層中低氧化物含量的形成機(jī)理.實(shí)驗(yàn)表明:噴涂霧化粒子在飛行過程中及涂層形成過程中均很少發(fā)生氧化；基于材料熱力學(xué)分析,研究了涂層在沉積過程中的抗氧化機(jī)制,建立了涂層在沉積過程中抗氧化模型。由于噴涂過程中B元素發(fā)生選擇性氧化生成了具有揮發(fā)性的B2O3,在液滴表面形成一層保護(hù)膜,阻斷了氧氣的進(jìn)入,從而形成低氧化物含量的非晶涂層。利用紅外熱像儀、Spraywatch粒子檢測(cè)儀、差熱分析儀等表征方法揭示了電

6、弧噴涂層納米晶的形成機(jī)制。結(jié)果表明,噴涂過程中,涂層表面實(shí)時(shí)溫度遠(yuǎn)低于其玻璃轉(zhuǎn)變溫度；電弧噴涂納米晶是由原位形核和抑制晶粒長(zhǎng)大條件下生成的；其形成主要是合理的成分組成和快速凝固工藝共同作用結(jié)果,并非后續(xù)噴涂粒子對(duì)已沉積層二次退火機(jī)制形成的。
　　 研究了非晶/納米晶涂層在不同參數(shù)下的抗沖蝕性能和摩擦學(xué)性能。結(jié)果表明,隨著入射粒子速率和沖蝕角度的增加,非晶/納米晶涂層的抗沖蝕性能逐漸降低；但隨著溫度的升高,其抗沖蝕性能隨之增加。涂

7、層的失效形式主要為脆性剝落機(jī)制。隨著外加載荷、磨損線速度以及磨損時(shí)間的增加,涂層的磨損量均隨之增大。FeBSiNb非晶涂層具有良好的耐磨性能:干摩擦和油潤(rùn)滑條件下,其相對(duì)耐磨性分別為3Cr13涂層的5.7倍和6倍?；诮佑|區(qū)域表面和次表面分析,提出了其失效過程模型,揭示了非晶/納米晶涂層的磨損失效機(jī)制。
　　 建立了材料設(shè)計(jì)-噴涂工藝-路徑規(guī)劃-厚涂層制備之間的關(guān)系；制備了厚度為10mm的FeBSiNb塊狀非晶涂層。非晶涂層具有