Fe基耐磨堆焊涂层中（Nb，M）C复合碳化物的结构与调控
发布时间：2021-10-16 18:05
碳化铌（NbC）增强Fe基复合涂层具有较高的硬度,优异的耐磨性和较好的韧性,常被用于强化及修复Fe基零部件表面。然而,随着对Fe基零件的使用寿命要求越来越高,对其涂层的耐磨性也提出了更高的要求。NbC增强Fe基涂层存在的主要问题在于NbC与Fe基体的结合性较差。通过添加合金元素使涂层中生成（Nb,M）C复合碳化物的方法可以改变NbC碳化物的上述特性。本文采用堆焊的方法制备了不同C、Ti及V含量的NbC增强Fe基复合涂层。对涂层硬度及耐磨性进行测定,对（Nb,M）C碳化物的分布及形态变化进行了分析。通过理论计算对（Nb,M）C碳化物的硬度以及其与Fe基体的结合性进行了研究,从化学键的角度对其性能提高机理进行分析。最后,从优化NbC碳化物形态的角度,对MgAl2O4作为NbC异质形核核心的有效性进行了分析。随着C含量的增加,涂层中基体和MC碳化物XRD衍射峰出现了左移。涂层中MC碳化物由分布在晶界处的网状碳化物向短棒状共晶碳化物和粒状初生碳化物变化。当C含量为1.41 wt.%时,涂层硬度最高。在涂层中观察到了片状M7C
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
堆焊过程示意图及堆焊涂层图
第2章实验材料与方法-17-机里进行清洗，将清洗后的试样吹干并进行称重，为保证实验准确性，每组涂层切取6个试样同时进行测试，然后取6个试样平均值作为磨损实验结果。图2-2砂带摩擦磨损试验机示意图Fig.2-2Weartestingmachineschematic2.3理论计算方法2.3.1相图计算采用Thermo-Calc热力学软件对堆焊涂层平衡相图以及相含量随温度变化曲线进行计算，分析不同元素含量对涂层中碳化物析出行为的影响，根据计算结果对碳化物形状变化进行分析。Thermo-Calc热力学软件的计算基于CALPHAD方法，将涂层成分输入软件，根据数据库中的数据来输出相图，本文选用数据较全的TCFE7数据库。2.3.2第一性原理计算软件及参数本文的第一性原理计算均通过嵌入MaterialStudio平台的CASTEP（CambridgeSequentialTotalEnergyPackage）模块实现。与其它第一性原理计算软件相比，MaterailStudio平台中的visualizer模块可以非常方便地进行建模。使用CASTEP模块对建好的模型进行计算，计算结束后可以用visualizer模块对计算结果进行处理。所有的计算过程均能在MaterialStudio环境中完成，这使得整个计算过程高效和方便。CASTEP是一个基于平面波赝势法的密度泛函理论计算软件，通过超软赝势(Ultrasoftpseudo-potential)描述离子实与价电子之间的相互作用。选取广义梯度近似GGA-PBE
燕山大学工学博士学位论文-20-图3-1不同C含量涂层XRD结果Fig.3-1XRDresultsofcoatings图3-2不同C含量涂层SEM形貌图Fig.3-2SEMmicrostructureofcoatingswithdifferentCcontents(a)C-1;(b)C-2;(c)C-3;(d)C-4
【参考文献】：
期刊论文
[1]Microstructure, mechanical properties, and wear resistance of VCp-reinforced Fe-matrix composites treated by Q&P process[J]. Ping-hu Chen,Yi-bo Li,Rui-qing Li,Ri-peng Jiang,Song-sheng Zeng,Xiao-qian Li. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2018(09)
[2]7A52铝合金双丝MIG焊接头的不均匀性对其表面微弧氧化膜腐蚀防护作用的影响[J]. 郝利新,贾瑞灵,张慧霞,张伟,赵婷,翟熙伟. 中国腐蚀与防护学报. 2018(03)
[3]Tribological properties in seawater for Ti/TiCN coatings on Ti6Al4V alloy by arc ion plating with different carbon contents[J]. Jin-Long Li,Gang-Yi Cai,Hua-Sheng Zhong,Yong-Xin Wang,Jian-Min Chen. Rare Metals. 2017(11)
[4]Pitting corrosion of a Rare Earth Mg alloy GW93[J]. Yingwei Song,Dayong Shan,En-Hou Han. Journal of Materials Science & Technology. 2017(09)
[5]高体积含量TiC/Fe复合材料的制备及力学性能[J]. 郑涌,周洋,王嘉琪,李鸿宇,李世波,黄振莺,李翠伟,翟洪祥. 稀有金属材料与工程. 2017(09)
[6]Low-frequency damping behavior of closed-cell Mg alloy foams reinforced with SiC particles[J]. Wen-zhan Huang,Hong-jie Luo,Yong-liang Mu,Hao Lin,Hao Du. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2017(06)
[7]Microstructure Evolution and Mechanical Properties of a SMATed Mg Alloy under In Situ SEM Tensile Testing[J]. Xiaowei Liu,Yong Liu,Bin Jin,Yang Lu,Jian Lu. Journal of Materials Science & Technology. 2017(03)
[8]我国堆焊技术的发展及展望[J]. 任艳艳,张国赏,魏世忠,徐流杰. 焊接技术. 2012(06)
[9]中国再制造产业及再制造技术新进展[J]. 徐滨士. 热喷涂技术. 2010(03)
[10]中国再制造工程及其进展[J]. 徐滨士. 中国表面工程. 2010(02)
本文编号：3440260
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
堆焊过程示意图及堆焊涂层图
第2章实验材料与方法-17-机里进行清洗，将清洗后的试样吹干并进行称重，为保证实验准确性，每组涂层切取6个试样同时进行测试，然后取6个试样平均值作为磨损实验结果。图2-2砂带摩擦磨损试验机示意图Fig.2-2Weartestingmachineschematic2.3理论计算方法2.3.1相图计算采用Thermo-Calc热力学软件对堆焊涂层平衡相图以及相含量随温度变化曲线进行计算，分析不同元素含量对涂层中碳化物析出行为的影响，根据计算结果对碳化物形状变化进行分析。Thermo-Calc热力学软件的计算基于CALPHAD方法，将涂层成分输入软件，根据数据库中的数据来输出相图，本文选用数据较全的TCFE7数据库。2.3.2第一性原理计算软件及参数本文的第一性原理计算均通过嵌入MaterialStudio平台的CASTEP（CambridgeSequentialTotalEnergyPackage）模块实现。与其它第一性原理计算软件相比，MaterailStudio平台中的visualizer模块可以非常方便地进行建模。使用CASTEP模块对建好的模型进行计算，计算结束后可以用visualizer模块对计算结果进行处理。所有的计算过程均能在MaterialStudio环境中完成，这使得整个计算过程高效和方便。CASTEP是一个基于平面波赝势法的密度泛函理论计算软件，通过超软赝势(Ultrasoftpseudo-potential)描述离子实与价电子之间的相互作用。选取广义梯度近似GGA-PBE
燕山大学工学博士学位论文-20-图3-1不同C含量涂层XRD结果Fig.3-1XRDresultsofcoatings图3-2不同C含量涂层SEM形貌图Fig.3-2SEMmicrostructureofcoatingswithdifferentCcontents(a)C-1;(b)C-2;(c)C-3;(d)C-4
【参考文献】：
期刊论文
[1]Microstructure, mechanical properties, and wear resistance of VCp-reinforced Fe-matrix composites treated by Q&P process[J]. Ping-hu Chen,Yi-bo Li,Rui-qing Li,Ri-peng Jiang,Song-sheng Zeng,Xiao-qian Li. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2018(09)
[2]7A52铝合金双丝MIG焊接头的不均匀性对其表面微弧氧化膜腐蚀防护作用的影响[J]. 郝利新,贾瑞灵,张慧霞,张伟,赵婷,翟熙伟. 中国腐蚀与防护学报. 2018(03)
[3]Tribological properties in seawater for Ti/TiCN coatings on Ti6Al4V alloy by arc ion plating with different carbon contents[J]. Jin-Long Li,Gang-Yi Cai,Hua-Sheng Zhong,Yong-Xin Wang,Jian-Min Chen. Rare Metals. 2017(11)
[4]Pitting corrosion of a Rare Earth Mg alloy GW93[J]. Yingwei Song,Dayong Shan,En-Hou Han. Journal of Materials Science & Technology. 2017(09)
[5]高体积含量TiC/Fe复合材料的制备及力学性能[J]. 郑涌,周洋,王嘉琪,李鸿宇,李世波,黄振莺,李翠伟,翟洪祥. 稀有金属材料与工程. 2017(09)
[6]Low-frequency damping behavior of closed-cell Mg alloy foams reinforced with SiC particles[J]. Wen-zhan Huang,Hong-jie Luo,Yong-liang Mu,Hao Lin,Hao Du. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2017(06)
[7]Microstructure Evolution and Mechanical Properties of a SMATed Mg Alloy under In Situ SEM Tensile Testing[J]. Xiaowei Liu,Yong Liu,Bin Jin,Yang Lu,Jian Lu. Journal of Materials Science & Technology. 2017(03)
[8]我国堆焊技术的发展及展望[J]. 任艳艳,张国赏,魏世忠,徐流杰. 焊接技术. 2012(06)
[9]中国再制造产业及再制造技术新进展[J]. 徐滨士. 热喷涂技术. 2010(03)
[10]中国再制造工程及其进展[J]. 徐滨士. 中国表面工程. 2010(02)
本文编号：3440260
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