等離子弧原位合成TiB-,2-涂層的組織和高溫性能研究.pdf

1、本課題采用等離子弧堆焊設(shè)備，通過工業(yè)鈦粉和碳化硼粉末之間的高溫冶金反應(yīng)，在普通碳鋼表面制備了含TiB2的金屬陶瓷層。用這種方法可以制備出大厚度的、與母材能達(dá)到冶金結(jié)合且TiB2呈梯度分布的涂層。本課題在大量的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，分析了各工藝參數(shù)對(duì)涂層稀釋率的影響，通過一組正交試驗(yàn)獲得了可以在保證結(jié)合良好的情況下獲得較小稀釋率涂層的工藝參數(shù)，然后結(jié)合涂層中的缺陷情況對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)，獲得了比較合理的熔覆工藝。
　　 本文總結(jié)了試驗(yàn)過程中所獲

2、得的TiB2組織的形態(tài)和分布特點(diǎn)。涂層中較常見的TiB2形態(tài)為扁長的葉狀，點(diǎn)塊狀，細(xì)長的條狀和針狀四種，并對(duì)TiB2呈現(xiàn)不同形態(tài)的原因進(jìn)行了分析。大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在涂層中TiB2有呈現(xiàn)梯度分布的狀況，并且在熱輸入較小時(shí)有呈團(tuán)狀分布的趨勢(shì)。本文從熱力學(xué)角度闡釋了熔池中的冶金反應(yīng)過程，從而解釋了形成這種分布特點(diǎn)的原因。在熔池達(dá)到B4C熔點(diǎn)(2743K)之前，熔點(diǎn)較低的Fe和Ti元素先形成熔池，密度較低的B4C向上漂浮，在漂浮的過程中B4C就開

3、始與周邊的Ti和Fe發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生TiB2或Fe2B，B4C與Ti反應(yīng)的趨勢(shì)大大超過與Fe的反應(yīng)。生成的TiB2落入熔池，由于它的密度也很低，也會(huì)在熔池中向上漂浮。B4C有自身結(jié)合成團(tuán)的特性，當(dāng)熔池達(dá)到B4C熔點(diǎn)溫度后B4C會(huì)保持半熔化狀態(tài)一定時(shí)間，大量的Ti涌入團(tuán)狀的B4C中形成致密的TiB2組織，當(dāng)熱輸入足夠大且熔池時(shí)間足夠長的情況下團(tuán)狀組織可被反應(yīng)產(chǎn)生的對(duì)流或者熔池的流動(dòng)沖散。但是熔池一般的溫度在3000-3500K，且存在的時(shí)間非

4、常短，使得這種團(tuán)狀組織很容易被冷卻保留下來。
　　 為了進(jìn)一步提高涂層的高溫性能，本課題向涂層中加入了Cr和Ni元素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Cr的加入使TiB2團(tuán)狀分布的趨勢(shì)加大，本文從熱力學(xué)角度解釋了這種現(xiàn)象。最后對(duì)涂層的高溫性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，表明涂層具有很好的耐高溫磨損和抗熱震性能。TiB2具有很好的抗氧化性能，但是涂層基體的抗氧化能力較弱，Cr和Ni大量固溶在基體中，因此Cr和Ni可以提高涂層的抗高溫氧化能力，從而提高涂層的綜合高溫性