高频感应熔覆铁基合金涂层的组织与性能研究

发布时间：2017-12-19 16:09

  本文关键词：高频感应熔覆铁基合金涂层的组织与性能研究　出处：《山东大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：钢铁材料因具有资源丰富、价格低、强度高、机械性能优异等优点,被广泛用于工业生产中,目前钢铁材料磨损、腐蚀、冲击、断裂等失效和破坏现象也比较普遍,大大限制了钢铁材料在一些领域的应用,给国民经济和社会发展造成不应有的损失。表面熔覆技术是近年来迅速发展起来的一种材料表面改性技术,作为一种有效的方法,能以较低的成本在材料表面制备出耐磨、耐腐蚀、耐冲击性能好的涂层,使材料的整体性能大幅提升。目前,对材料表面改性的研究主要采用激光焊、热扩渗、电弧喷涂、碳弧堆焊、复合电沉积等方法,而与这些方法相比,高频感应熔覆具有加热速度快、热变形小、工艺操作简单以及环境污染小等优点而备受关注,因此研究如何采用高频感应熔覆技术来改善材料表面的硬度、耐摩擦磨损、耐腐蚀、抗冲击等性能成为研究的方向。本文通过采用高频感应熔覆技术,以不同成分配比的铁基合金混合粉末为原料,在Q235表面熔覆不同性能的铁基合金涂层,利用X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电镜、硬度计、冲蚀磨损试验机和电化学腐蚀仪对铁基合金涂层的物相、显微组织、硬度及耐腐蚀性等进行了测试和研究。研究的结果和主要结论如下：(1)通过对Fe-B涂层的显微组织分析知,在涂层中有两种不同的相生成,树枝状的Fe2B和楔形状的FeB相,分析发现在涂层熔覆过程中,由于涂层中B原子的扩散速度不同,导致B含量在涂层中分布不同,就会和铁原子形成不同的物相,随着B含量的增加,楔形状的FeB相逐渐增多。由于FeB及Fe2B硬质相的生成,可以提高试样的表面硬度,最高硬度可以达到64.77HRC,是基体硬度的两倍多。基体表面的耐磨性能随着B原子比例的增加而降低,冲蚀磨损率最低达1.02%,是基体磨损率的1/3,楔形状的FeB在增加涂层的硬度的同时,会降低涂层的耐磨性能。(2)通过对Fe80P13C7和Fe80P11C9合金涂层的物相和显微组织观察分析知,涂层中形成了铁碳、铁磷相,涂层与基体界面处有一条光亮带,涂层元素与基体经过扩散、熔融、凝固后形成了良好的冶金结合。在进行涂层硬度、冲蚀磨损试验和电化学腐蚀实验时发现,熔覆涂层Fe80P13C7和Fe80P11C9具有较高的硬度值,平均值为44.02HRC和49.47HRC,显著提高了基体的硬度(33.33HRC),熔覆涂层的冲蚀磨损率达1.61%,由物相分析知新生成的铁碳、铁磷相具有增强基体耐磨性能的作用。熔覆涂层的腐蚀电流密度最低为-2.129mA/cm2,低于基体的-1.192mA/cm2,腐蚀速率为0.0877mm/a,明显低于基体的0.2395mm/a,研究表明涂层中致密的枝状晶能显著提高基体表面的耐磨性和耐腐蚀性能。(3)从不同球磨时间得到的Fe71Nb6B23的粉末及其涂层的XRD检测中发现,粉末中只生成了FeB相,涂层中生成了Fe2B.NbB.Fe2Nb相,从涂层显微组织图中可以观察到,涂层与基体在界面结合处有枝状晶出现,涂层在熔覆过程中,涂层原子与基体原子之间会不断熔融扩散,凝固结晶,与基体界面实现了比较好的冶金结合,涂层内部组织主要呈枝状晶,增加球磨时间能细化涂层枝晶组织,使涂层组织中枝晶会变得细小,在对感应熔覆涂层的硬度和耐腐蚀性能进行实验时发现,涂层表面的硬度值大约在34～40HRC范围内,略高于基体的硬度。对比不同球磨时间得到的涂层,发现涂层的腐蚀电流密度和腐蚀速率相差不大,涂层能提高基体表面的耐腐蚀性能,球磨时间对涂层表面硬度和耐腐蚀性能的影响效果不明显,综合分析当球磨时间为32h,组织分布更均匀,涂层硬度达最大值(42.23HRC),腐蚀电流密度较.(-1.214mA/cm2),硬度和耐腐蚀综合性能最好。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4

【参考文献】

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1 唐琳琳;罗辉;张元彬;;表面熔覆技术的研究进展[J];热加工工艺;2009年20期

2 乔金士;宣天鹏;;表面高频感应熔覆涂层技术[J];热加工工艺;2013年16期

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本文编号：1308568