热喷涂制备Fe基非晶态合金涂层的组织结构与性能研究
李飞
中国知网
摘要
Fe基非晶态合金具有高强度、高硬度及优异的耐磨损、耐腐蚀性能，但由于制备条件的限制使其在实际中还未得到大范围的应用。采用现代先进热喷涂工艺制备表面非晶合金功能涂层是重要的发展方向。鉴于Fe基非晶态合金优异的特性，其作为新型表面防护涂层材料具有广阔.的应用前景。本论文采用热喷涂技术制备了含Cr、Mo、B、C、Y的Fe基非晶合金涂层，运用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计、磨损试验机等材料分析测试手段，主要研究了爆炸喷涂工艺制备的Fe基非晶合金涂层的组织结构和性能，系统考察了不同载荷对爆炸喷涂涂层摩擦磨损性能的影响，并研究了热处理对爆炸喷涂涂层的组织结构与性能的影响。此外，进一步研究了火焰喷涂方法对Fe基非晶合金涂层组织结构与性能的影响。
论文的主要结论如下：
(1)釆用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺和爆炸喷涂工艺制备的Fe基非晶合金涂层均具有较高的显微硬度和较低的孔隙率，呈典型的层状组织结构形态；涂层基本保持了热喷涂粉末化学成分；爆炸喷涂涂层组织结构更致密，孔隙率约为2.1%，显微硬度更高，最高达1201.8HV，平均硬度为1095.6HV;涂层和基体的结合形式以机械结合为主，结合强度可达30MPa。
(2)与HVOF工艺制备的Fe基非晶合金涂层相比，爆炸喷涂工艺制备的Fe基非晶合金涂层的耐磨损性能更好，涂层的摩擦因数增至稳定值的时间较短，具有更稳定的摩擦磨损行为；与Q235钢基体材料相比，2种工艺制备的Fe基非晶合金涂层的摩擦因数稳定，涂层能长时间保持缓慢且稳定的质量磨损量，耐磨损性能约为其5倍。
(3)采用HVOF工艺制备的Fe基非晶合金涂层磨损机理主要以疲劳磨损为主，而爆炸喷涂工艺制备的Fe基非晶合金涂层磨损机理为粘着磨损和磨粒磨损的综合作用，并以粘着磨损为主。
(4)爆炸喷涂工艺制备的Fe基非晶合金涂层在3.5% NaCl溶液中比基体Q235钢材料表现出更好的耐腐蚀性能;随着法向载荷的增加，涂层的质量磨损量增加，平均摩擦因数先减小后增大。
(5)爆炸喷涂工艺制备的Fe基非晶合金涂层的过冷液相区间为566.9°C?650.6°C;在低于晶化温度对涂层进行热处理时，涂层仍能基本保持非晶态组织结构，只是在接近晶化温度的600°C热处理后涂层有少量Fe-Cr晶化相析出；经700°C热处理后，涂层中非晶相大量晶化，析出新的Fe23(C,B)6和Fe2B硬质相以及Fe203相。
(6)随热处理温度升高，爆炸喷涂工艺制备的Fe基非晶合金涂层的结构变得更加致密，显微硬度逐渐提高，同时耐磨损性能不断提高，到600°C达到最好，随后涂层的耐磨损性能降低；涂层在低于晶化温度下热处理后磨损形式表现为由粘着磨损向磨粒磨损转变，经700°C热处理后，涂层硬度增加，但脆性更大，磨损形式表现为粘着磨损和磨粒磨损两者混合机制。
关键词爆炸喷涂，超音速火焰喷涂，Fe基非晶合金涂层，组织结构，摩擦磨损，耐腐蚀；热喷涂
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