基于铝热反应的高温熔体喷射沉积熔覆机理研究

发布时间：2020-05-28 22:07

【摘要】：表面熔覆涂层技术是用于提高部件及构件表面耐蚀耐磨性能的主要技术之一。随着诸如大型模具、重载自卸车车身、船用甲板、压力容器等大型构件用材对耐蚀耐磨性要求日益提高,而激光熔覆、电子束包覆、热喷涂等常用表面熔覆涂层技术在制备大面积厚涂层方面存在若干局限性。因此,发展新型高效大面积厚熔覆涂层技术,实现单道次涂覆面积大,厚度在较大范围内可控以及与基体结合牢固等效果,将具有十分广泛的应用前景。本文将金属热还原制备合金过程引入到喷射沉积涂层制备中,发展出一种基于铝热反应/喷射沉积的合金及其原位氧化物增强的熔覆涂层技术。采用此技术制备了高碳钢和高碳合金钢两种涂层,采用光学显微镜(OM)、带能谱(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对涂层的相结构和微观组织进行了研究;采用拉力机测试了涂层的结合强度;采用显微维氏硬度计测试了涂层的硬度;采用SFT-2M球盘式摩擦磨损试验机测试涂层的抗干磨损性能,采用CHI660C型电化学工作站测试涂层在溶度为3.5%的NaCl溶液中抗腐蚀性能;以探讨喷射熔覆工艺参数(喷射距离、雾化气压和基体预热温度)对基体和高碳钢涂层微观组织和性能的影响。本文还探索了 Cr元素和Ni元素对高碳合金钢涂层的组织结构转变和性能的影响。研究表明:采用铝热反应与喷射沉积相结合的喷射熔覆涂层技术制备大面积厚涂层在工业应用方面是可行的,涂层与基体达到良好的冶金结合。涂层为典型的快速凝固组织,晶粒尺寸为5-20μm,主要形成了层间距极细珠光体(索氏体)组织,涂层硬度达410HV。涂层与基体的结合强度为300-400MPa,界面断裂机制有解理断裂和准解理断。通过多次实验,最终获得了较好的工艺参数:喷射距离为150mm、雾化气压为0.3-0.4MPa、基体的预热温度为650-700℃、液流直径为5mm、雾化角度为5°。在添加了 Cr元素和Ni元素后涂层的微观组织由珠光体组织转变为上贝氏体组织,并随着Cr元素和Ni元素含量的增加,涂层微观组织逐渐转变为奥氏体组织,同时,在涂层中发现了少量的微米级和亚微米级A12O3颗粒。通过添加Cr元素和Ni元素涂层的硬度分别达到413HV(5%Cr-5%Ni)、450HV(10%Cr-10%Ni)和475HV(10%Cr-20%Ni),在3.5%的NaCl溶液中的腐蚀电流分别达到2.926×10-6 A/cm2(5%Cr-5%Ni)、1.425×1 0'6 A/cm2(10%Cr-10%Ni)和1.377×10-6 A/cm2(10%Cr-20%Ni),磨损速率分别为 1.87×10-7mm3/mN(5%Cr+5%Ni)、1.74×10-7 mm3/mN(10%Cr+10%Ni)和 1.86×10-7 mm3/mN(10%Cr+20%Ni),与基体和高碳钢涂层相比较都有较大程度的提高,表明喷射熔敷高碳合金钢涂层对构件及部件具有较好的防护作用。
【图文】：

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寿命及可靠性。所以近年来，这项技术被广泛应用于航空航天、汽车、能源等领逡逑域，并获得快速发展。逡逑根据热源的不同，可以将热喷涂按图１．１分类。逡逑（逦１邋逦邋直滴电弧喷涂逡逑逦邋电弧喷涂邋—逦￣逡逑逦逦邋交流电弧喷涂逡逑逦逦火焰喷涂逡逑逦邋逦邋逦邋超音速火焰喷涂逡逑’娜余逦姚麟逦逦邋爆燃喷涂逡逑逦１逦大气等禽子喷涂逡逑逦１逦低压等离子VtQ缅义襄危傻壤胱优缤垮五蹇煽仄盏壤胱优缤垮义襄危卞嗡碌壤胱优缤垮义襄五胃咚俚壤胱优缤垮义贤迹保比扰缤抗ひ辗掷噱义希ǎ保┏羲倩鹧媾缤浚ǎ龋郑希疲╁义铣羲倩鹧媾缤浚ǎ龋椋纾桢澹郑澹欤铮悖椋簦澹希纾澹铄澹疲酰澹欤龋郑希疲┘际跫吧璞甘怯擅拦义希拢颍铮鳎睿椋睿珏澹牛睿纾椋睿澹澹颍椋睿绻居冢保梗福材暄兄瞥隼矗帽骸⒈鹮<等碳氢系燃气或逡逑氢气与高压氧气在燃烧室内形成高温燃气，，将粉末熔融，在高速气流作用下，与逡逑基体发生高速的撞击、沉积，形成涂层［５４］。逡逑ＨＶＯＦ是在爆炸喷涂的基础上发展出来的一种新的喷涂技术，其原理示意图逡逑如图１．２所示，该设备主要由燃烧室、粉末输送器、控制系统、气体供应系统和逡逑喷枪系统五部分构成。逡逑喷涂过程是将燃烧气体如丙烷、丙烯等碳氢系燃气或氢气与0２气一起输送到逡逑燃烧室中进行燃烧

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图１．３电弧喷涂原理示意图ｌ５６ｌ逡逑（３）等离子喷涂逡逑
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4

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