摘 要
本文采用等离子喷涂法在铁基轧辊表面制备 Cr3C2-NiCr 涂层、NiAl 涂层和NiAl/Cr3C2-NiCr 复合涂层。以涂层与基体的结合强度为指标，采用正交试验法优化等离子喷涂的工艺参数，然后依据优化得出的最佳工艺参数制备 Cr3C2-NiCr 涂层和NiAl/Cr3C2-NiCr 复合涂层。利用 SEM、EDS 和 XRD 等分析测试手段，研究了涂层的表面形貌和涂层的组织结构；对Cr3C2-NiCr 涂层和 NiAl/Cr3C2-NiCr 复合涂层的显微硬度进行了试验，并用统计学方法分析了其分布规律；对两种涂层进行了热震试验，分析其抗热疲劳性能的优劣。根据上述研究，得到如下结果：
影响 Cr3C2-NiCr 涂层与基体结合强度的因素主次关系为：功率>喷涂距离>主汽流量>送粉率。用优化后的工艺参数制备的涂层，结合强度达 64.33 MPa，孔隙率为4.47%。影响 NiAl 涂层结合强度的因素主次关系：送粉速率＞喷涂距离＞主气流量＞功率。参数优化后涂层的结合强度达 75.89MPa，且涂层孔隙率较小为 4.37%。影响NiAl/Cr3C2-NiCr 复合涂层工作层结合强度的因素主次关系为：送粉速率＞功率＞主气流量＞喷涂距离。工艺参数优化后试验，涂层结合强度达到了74.11MPa，涂层致密，孔隙率为 1.33%。
制备的 Cr3C2-NiCr 涂层与基体结合较好，与基体的结合为机械锚合。NiAl 作打底层时，Ni-Al 之间发生放热反应，生成 Al4Ni3，Al3Ni2，AlNi3等金属间化合物，与基体发生元素扩散，局部形成微冶金结合。但仍以机械结合为主。Cr3C2-NiCr 涂层和NiAl/Cr3C2-NiCr 复合涂层在与基体平行的方向和垂的方向上，显微维氏硬度都存在较大的分散性，在与基体平行方向上的硬度，两涂层均显著地服从正态分布Cr3C2-NiCr 涂层和 NiAl/Cr3C2-NiCr 复合涂层的热震性能均比较好，达到了较高的宏观启裂次数和失效次数，热疲劳寿命较高，其中 Cr3C2-NiCr 涂层的抗热震性能更优，相同热震条件下，宏观启裂次数及失效次数均高于 NiAl/Cr3C2-NiCr 涂层。涂层失效有两种方式：涂层沿与基体的结合界面启裂、扩展而整体剥落；在角部沿涂层与基体界面处启裂并小块脱落，最终剥落超过 1/3 而失效。且涂层失效方式与热震温度有关。
关键词:等离子喷涂；铁基轧辊；正交试验；组织与性能；显微硬度；热震试验
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