等離子原位合成Fe基硼化物陶瓷熔覆層的研究.pdf

1、為提高鋼鐵表面性能,本文采用以Fe-Ti、Fe-B、B4C、Ti和Zr粉為原料,設計了Fe-Ti+B4C、Ti+B4C、Ti+Fe-B三種和Zr+B4C、Zr+Fe-B兩種粉末體系,分別利用等離子轉移弧熔覆方法在 Q235鋼基體上原位合成TiB2/Fe和ZrB2/Fe熔覆層,確定出制備TiB2/Fe和ZrB2/Fe熔覆層的最佳粉末體系和熔覆工藝。利用 X射線衍射、金相顯微鏡、掃描電鏡、能譜分析對熔覆試樣的物相及微觀組織進行了分析;通過熔

2、覆層硬度、耐磨損、高溫抗氧化等測試對熔覆層進行性能分析。
　　研究結果表明:采用等離子熔覆的方法成功制備出TiB2/Fe和ZrB2/Fe熔覆層。Ti+B4C和 Zr+B4C粉末體系最適宜作為熔覆層的前驅粉體。稀釋率控制在65％左右時,熔覆層成型良好、性能優(yōu)良。從熔覆層的表層到底部,TiB2、ZrB2的含量逐漸減少,硬度逐漸降低,增強相形貌由粗大的針狀向細小的塊狀過渡。熔覆層中主要缺陷有未熔合、熔覆層表面成型不良、裂紋、增強相偏聚、

3、氣孔和夾雜。
　　對Fe-Ti-B4C、Fe-Zr-B4C反應體系進行熱力學分析發(fā)現(xiàn),Me(Ti、Zr)與B4C直接反應的驅動力最大,反應產物TiB2、ZrB2的化學穩(wěn)定性最高。等離子弧熔池中TiB2、ZrB2的形成方式可以有多種,形成方式的不同往往直接影響涂層中TiB2、ZrB2相的形貌特征。熔覆層的結晶是熔池上下先凝固、中間后凝固。TiB2、ZrB2增強相均為小平面相,等離子熔覆的快速冷卻過程并未帶來增強相生長界面從光滑向粗糙

4、的轉變。
　　室溫干摩擦磨損試驗表明,TiB2/Fe基熔覆層耐磨性為Q235鋼的16-25倍,其磨損機制主要為表面微切削、表面剝落,粘著磨損,輕微的磨粒磨損和表面疲勞磨損的共同作用;ZrB2/Fe基熔覆層的耐磨性為Q235鋼的8-10倍,其磨損機制為疲勞應力造成的淺層剝落和輕微的磨粒磨損。
　　高溫氧化試驗表明TiB2/Fe和ZrB2/Fe熔覆層在673K-1073K的恒溫環(huán)境中的氧化遵從拋物線規(guī)律。增強相的添加能抑制O2-