等離子噴涂鐵基非晶涂層結構與性能研究.pdf

1、非晶材料以其優(yōu)異的性能日益受到關注。盡管目前可以制備出大塊非晶材料，但由于苛刻的制備條件而導致其制備成本高而無法廣泛應用。熱噴涂涂層制備過程中，由于噴涂粒子的快速冷卻特性，使其成為制備非晶涂層的一種有效方法。本文利用等離子噴涂制備Fe基非晶涂層，系統(tǒng)研究噴涂參數(shù)、熱處理對Fe基非晶涂層微觀結構、耐磨損性能及耐腐蝕性能的影響規(guī)律。探討Fe基非晶涂層微觀結構、耐磨及耐蝕行為的演變機制。鑒于涂層中的孔隙對涂層性能的不利影響，通過向Fe基非晶涂

2、層中添加非晶Mo基合金形成Fe/Mo復合涂層、對Fe基非晶涂層進行激光重熔處理，以期減少或消除涂層中的孔隙、提高涂層的結合強度，研究Mo基合金添加和激光重熔處理對Fe基非晶涂層的微觀結構及性能的影響規(guī)律。
　　Fe基非晶涂層研究結果表明：（1）噴涂功率對Fe基非晶涂層的形成產(chǎn)生顯著影響。增加噴涂功率有利于形成致密結構的涂層，但伴隨著少量晶化相的產(chǎn)生；而主氣（Ar）流量對Fe基非晶涂層形成的影響不明顯。理想的噴涂工藝參數(shù)為：噴涂電壓

3、50V，噴涂電流300A，主氣壓力0.7MPa，主氣流量80L/min，噴涂距離100mm。制備的Fe基非晶涂層非晶含量高達93％；（2）在573K對Fe基非晶涂層熱處理過程中，非晶組織只發(fā)生結構弛豫，而沒有新晶相產(chǎn)生。在873 K熱處理后，F(xiàn)e基非晶涂層中析出了Fe、Fe2B、Fe2O3和B0.44C1.41Cr3等晶相，其晶粒尺寸在60nm左右，非晶相含量減小，并且涂層的硬度和耐磨性得到提高。然而，在1023K熱處理條件下，F(xiàn)e基非

4、晶涂層幾乎全部晶化，晶粒已經(jīng)長大到微米級，涂層表面出現(xiàn)了大量裂紋，其耐磨性能顯著降低；（3）鹽霧腐蝕試驗表明：Fe基非晶涂層主要發(fā)生縫隙腐蝕，腐蝕主要產(chǎn)生于涂層孔隙位置；（4）磨損實驗結果表明，磨損主要以涂層粒子的斷裂和脫落、以及硬質(zhì)顆粒犁削為主。
　　通過對Fe/Mo復合涂層研究發(fā)現(xiàn)，由于Mo基合金具有自粘性能和良好導熱性能，隨著Mo基合金加入量的增加，復合涂層孔隙率降低，結合強度提高了10 MPa。磨損過程中，F(xiàn)e/Mo復合涂

5、層中粒子斷裂和脫落顯著減少，耐磨性能顯著提高。由于涂層致密度提高，縫隙腐蝕幾率降低，隨著Mo基合金量的增加，F(xiàn)e/Mo復合涂層在NaCl溶液中的腐蝕電流密度顯著降低。
　　對Fe基非晶涂層進行激光重熔處理后，F(xiàn)e基非晶涂層中的孔隙得到消除，熔池深度達到涂層厚度，涂層與基體間產(chǎn)生冶金結合。激光重熔層中有較多晶化相形成，透射電鏡下觀察到晶粒分布在非晶基體中。盡管重熔層在凝固后有極其細小的氣孔和少量裂紋產(chǎn)生，但相比等離子噴涂涂層，重熔層

6、在NaCl和HCl溶液中的腐蝕電流密度降低了約20倍，說明孔隙率降低對涂層耐腐蝕性能提高的影響明顯超過了非晶含量降低的影響。在干摩擦條件下，激光重熔層的磨損機制轉(zhuǎn)變?yōu)閱我坏哪チＤp。
　　激光重熔Fe/Mo復合涂層的研究表明：Mo基粒子與Fe基粒子得到完全融合，復合涂層中的孔隙完全消除，重熔層組織致密度提高。激光重熔Fe/Mo復合涂層XRD圖譜中出現(xiàn)了明顯的晶化峰。激光重熔Fe/Mo復合涂層中Mo和Ni等促進形成穩(wěn)定鈍化膜的元素含