316L不锈钢/铝复合涂层的摩擦磨损性能
发布时间：2021-10-04 23:30
316L不锈钢丝作为阳极、铝丝作为阴极,采用电弧喷涂两路异步送丝技术在铝合金表面制备了316L不锈钢/Al复合涂层,并对350℃×5 h热处理涂层的显微组织、化学成分、硬度和磨损性能进行了研究。结果表明:涂层内存在大量微孔隙,且硬质相与软质相相间分布,有效阻碍了磨损过程中裂纹的产生、扩展,涂层耐磨性较基体显著提高;涂层中扩散层的存在提高了涂层的粘结性,磨损过程中涂层表面容易形成氧化物,起到固体润滑作用。
【文章来源】：金属热处理. 2017,42(06)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
L/Al涂层截面微观形貌(a，b)及结构示意图(c)
3。图3按图2(b，d)中箭头标记轨迹进行涂层内片层界面，及涂层与基体界面的元素EPMA分析。由图3(a)可以看出，在Al涂层(灰色)和316L涂层(白色)间形成了约4．8μm的扩散层;由图3(b)可知，在涂层和基体界面上形成了3～3．5μm的扩散层。形成扩散层的原因是由于:①在喷涂过程中高温熔滴堆积和冷却时都会发生元素的相互扩散，但此过程时间极短、扩散有限;②热处理和随炉冷却过程中，由于温度升高，粒子活动性加强更易发生扩散反应;③在喷涂过程中熔融粒子连续沉积凝固时会释放结晶潜热，也促进扩散反应发生［14］。图2316L/Al涂层截面SEM形貌(a，b)涂层内部;(c，d)涂层与基体界面Fig．2SEMmorphologiesofcrosssectionof316L/Alcoating(a，b)intra-coating;(c，d)interfacebetweencoatingandmatrix表3是图2(a)中a、b点和图2(c)中c点的EDX分析结果，检测到的元素主要有:Fe、Ni、Al、O。根据XPS数据库和元素结合能规律，结合能越低的物质中的元素优先结合［15］可知，Fe3Al中Al的结合能为73．4eV，Al2O3中Al的结合能为74．7eV，AlNi中Al的结合能为73．5eV，未化合的Al结合能为72．9eV。依据Fe-Al二元相图(图4)，Al含量为20%～30%时，在350℃下保温容易生成Fe3Al，从而可以确定铝在扩散层形成了Fe3Al、AlNi、Al2O3和未化合态的混合物［11］。初步判断图2中观察到的扩散层主要化学成分是Fe、Al、Ni的金属间化合物及图1中黑色氧化层主要是Fe、Al的氧化物。表3图2中各点元素EDX分析(原子分数，%)Table3EDXanalysisofpointsinFig．2(at%)测试点OAlMoCrFeNi图2中a点8．1711．170．448．3832．164．17图2中b点23．6629．33—4．6418．062．61图2中c点40．8613．51—1．633．320．35
第6期李乔磊，等:316L不锈钢/铝复合涂层的摩擦磨损性能9图3316L/Al涂层截面EPMA分析(a)涂层内;(b)涂层与基体界面Fig．3EPMAanalysisofcrosssectionof316L/Alcoating(a)intra-coating;(b)interfacebetweencoatingandmatrix图4Fe-Al二元相图［16］Fig．4PhasediagramofZn-Albinarysystem［16］2．3力学性能2．3．1显微硬度分析图5是采用显微硬度计测得的从涂层表面到基体硬度随深度变化的曲线。从图5可知，基体的硬度大致为83HV0．3，涂层的硬度为140HV0．3。对比图1中的涂层厚度可知，涂层表面至300μm是涂层内部的硬度，涂层硬度在135～145HV0．3之间波动;300～450μm是涂层和基体的粘结部分，硬度逐渐降低，发现基体和涂层的界面处出现了一个扩散层，该扩散层不仅提高了涂层与基体之间的粘结性，而且提高了铝图5316L/Al涂层截面显微硬度Fig．5Microhardnessofcrosssectionof316L/Alcoating合金近基体表面硬度，从而提高了基体近表面的耐磨性能，该发现为铝合金机械零部件的耐磨修复提供了理论依据［17］。2．3．2摩擦磨损量分析图6给出了在普通销盘式砂轮磨损试验机上，室温、大气和干摩擦条件下，无涂层试样和热处理316L不锈钢/Al涂层试样摩擦磨损试验后质量损失变化比较。从图6可以看出，磨损1min内，无涂层试样的磨损量(1．25g/cm2)是有涂层试样磨损量(0．1g/cm2)的12倍。由图6还可见，涂层试样的磨损量是一个波动变化的过程，这说明涂层的软硬相结构不够均匀。图6316L/Al涂层的磨损量Fig．6Masslossofthe316L/Alcoatingduringwearprocessing2．4摩擦磨损机理图7所示为摩擦磨损试验后样品磨痕表面SEM照片。图7(a，b)为未喷涂样品的摩擦磨损形貌，从图7(a)可见，铝合金磨损后表面粗糙，犁沟槽较深
【参考文献】：
期刊论文
[1]3种表面技术在轴磨损修复中的应用研究综述[J]. 刘晓明,高云鹏,闫侯霞,赵晓春,孙增伟. 表面技术. 2015(08)
[2]电弧喷涂技术应用研究进展[J]. 梁国,李壮志,颜飞,张婧,贾传宝,常德春. 新技术新工艺. 2015(02)
[3]电弧喷涂金属复合涂层防腐性能研究[J]. 晁兵,严生贵,沈亚郯,张宗辉,张安永,刘国彬. 现代涂料与涂装. 2014(03)
[4]高速电弧喷涂Fe基合金陶瓷涂层的耐蚀性[J]. 王昊,吴玉萍,李保松,郭文敏,陆玖鹏. 金属热处理. 2013(05)
[5]铸铁轧辊表面Cr3C2-NiCr涂层的显微组织[J]. 金云学,岳佳锜,王昌华,钱智慧. 金属热处理. 2012(12)
[6]电弧喷涂粉芯丝材的研究进展与应用[J]. 黄林兵,余圣甫,邓宇,戴明辉,徐慧子. 材料导报. 2011(03)
[7]铝合金微弧氧化技术的研究进展[J]. 刘亚娟,徐晋勇,高成,蓝毓胜,张景春. 材料导报. 2010(S2)
[8]Structure and sliding wear behavior of 321 stainless steel/Al composite coating deposited by high velocity arc spraying technique[J]. 陈永雄,徐滨士,刘燕,梁秀兵,许一. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2008(03)
[9]LY12CZ铝合金表面等离子浸没离子注入氮层的摩擦磨损性能研究[J]. 刘洪喜,王浪平,王小峰,汤宝寅. 摩擦学学报. 2006(05)
[10]高速电弧喷涂FeAlCrNi/Cr3C2复合涂层的腐蚀性能研究[J]. 徐维普,徐滨士,罗晓明,张亚余,葛雷,张伟. 金属热处理. 2005(12)
本文编号：3418544
【文章来源】：金属热处理. 2017,42(06)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
L/Al涂层截面微观形貌(a，b)及结构示意图(c)
3。图3按图2(b，d)中箭头标记轨迹进行涂层内片层界面，及涂层与基体界面的元素EPMA分析。由图3(a)可以看出，在Al涂层(灰色)和316L涂层(白色)间形成了约4．8μm的扩散层;由图3(b)可知，在涂层和基体界面上形成了3～3．5μm的扩散层。形成扩散层的原因是由于:①在喷涂过程中高温熔滴堆积和冷却时都会发生元素的相互扩散，但此过程时间极短、扩散有限;②热处理和随炉冷却过程中，由于温度升高，粒子活动性加强更易发生扩散反应;③在喷涂过程中熔融粒子连续沉积凝固时会释放结晶潜热，也促进扩散反应发生［14］。图2316L/Al涂层截面SEM形貌(a，b)涂层内部;(c，d)涂层与基体界面Fig．2SEMmorphologiesofcrosssectionof316L/Alcoating(a，b)intra-coating;(c，d)interfacebetweencoatingandmatrix表3是图2(a)中a、b点和图2(c)中c点的EDX分析结果，检测到的元素主要有:Fe、Ni、Al、O。根据XPS数据库和元素结合能规律，结合能越低的物质中的元素优先结合［15］可知，Fe3Al中Al的结合能为73．4eV，Al2O3中Al的结合能为74．7eV，AlNi中Al的结合能为73．5eV，未化合的Al结合能为72．9eV。依据Fe-Al二元相图(图4)，Al含量为20%～30%时，在350℃下保温容易生成Fe3Al，从而可以确定铝在扩散层形成了Fe3Al、AlNi、Al2O3和未化合态的混合物［11］。初步判断图2中观察到的扩散层主要化学成分是Fe、Al、Ni的金属间化合物及图1中黑色氧化层主要是Fe、Al的氧化物。表3图2中各点元素EDX分析(原子分数，%)Table3EDXanalysisofpointsinFig．2(at%)测试点OAlMoCrFeNi图2中a点8．1711．170．448．3832．164．17图2中b点23．6629．33—4．6418．062．61图2中c点40．8613．51—1．633．320．35
第6期李乔磊，等:316L不锈钢/铝复合涂层的摩擦磨损性能9图3316L/Al涂层截面EPMA分析(a)涂层内;(b)涂层与基体界面Fig．3EPMAanalysisofcrosssectionof316L/Alcoating(a)intra-coating;(b)interfacebetweencoatingandmatrix图4Fe-Al二元相图［16］Fig．4PhasediagramofZn-Albinarysystem［16］2．3力学性能2．3．1显微硬度分析图5是采用显微硬度计测得的从涂层表面到基体硬度随深度变化的曲线。从图5可知，基体的硬度大致为83HV0．3，涂层的硬度为140HV0．3。对比图1中的涂层厚度可知，涂层表面至300μm是涂层内部的硬度，涂层硬度在135～145HV0．3之间波动;300～450μm是涂层和基体的粘结部分，硬度逐渐降低，发现基体和涂层的界面处出现了一个扩散层，该扩散层不仅提高了涂层与基体之间的粘结性，而且提高了铝图5316L/Al涂层截面显微硬度Fig．5Microhardnessofcrosssectionof316L/Alcoating合金近基体表面硬度，从而提高了基体近表面的耐磨性能，该发现为铝合金机械零部件的耐磨修复提供了理论依据［17］。2．3．2摩擦磨损量分析图6给出了在普通销盘式砂轮磨损试验机上，室温、大气和干摩擦条件下，无涂层试样和热处理316L不锈钢/Al涂层试样摩擦磨损试验后质量损失变化比较。从图6可以看出，磨损1min内，无涂层试样的磨损量(1．25g/cm2)是有涂层试样磨损量(0．1g/cm2)的12倍。由图6还可见，涂层试样的磨损量是一个波动变化的过程，这说明涂层的软硬相结构不够均匀。图6316L/Al涂层的磨损量Fig．6Masslossofthe316L/Alcoatingduringwearprocessing2．4摩擦磨损机理图7所示为摩擦磨损试验后样品磨痕表面SEM照片。图7(a，b)为未喷涂样品的摩擦磨损形貌，从图7(a)可见，铝合金磨损后表面粗糙，犁沟槽较深
【参考文献】：
期刊论文
[1]3种表面技术在轴磨损修复中的应用研究综述[J]. 刘晓明,高云鹏,闫侯霞,赵晓春,孙增伟. 表面技术. 2015(08)
[2]电弧喷涂技术应用研究进展[J]. 梁国,李壮志,颜飞,张婧,贾传宝,常德春. 新技术新工艺. 2015(02)
[3]电弧喷涂金属复合涂层防腐性能研究[J]. 晁兵,严生贵,沈亚郯,张宗辉,张安永,刘国彬. 现代涂料与涂装. 2014(03)
[4]高速电弧喷涂Fe基合金陶瓷涂层的耐蚀性[J]. 王昊,吴玉萍,李保松,郭文敏,陆玖鹏. 金属热处理. 2013(05)
[5]铸铁轧辊表面Cr3C2-NiCr涂层的显微组织[J]. 金云学,岳佳锜,王昌华,钱智慧. 金属热处理. 2012(12)
[6]电弧喷涂粉芯丝材的研究进展与应用[J]. 黄林兵,余圣甫,邓宇,戴明辉,徐慧子. 材料导报. 2011(03)
[7]铝合金微弧氧化技术的研究进展[J]. 刘亚娟,徐晋勇,高成,蓝毓胜,张景春. 材料导报. 2010(S2)
[8]Structure and sliding wear behavior of 321 stainless steel/Al composite coating deposited by high velocity arc spraying technique[J]. 陈永雄,徐滨士,刘燕,梁秀兵,许一. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2008(03)
[9]LY12CZ铝合金表面等离子浸没离子注入氮层的摩擦磨损性能研究[J]. 刘洪喜,王浪平,王小峰,汤宝寅. 摩擦学学报. 2006(05)
[10]高速电弧喷涂FeAlCrNi/Cr3C2复合涂层的腐蚀性能研究[J]. 徐维普,徐滨士,罗晓明,张亚余,葛雷,张伟. 金属热处理. 2005(12)
本文编号：3418544
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