冷喷涂和等离子喷涂Fe基非晶涂层特征对比研究
发布时间：2021-06-11 14:20
采用传统热喷涂方法制备非晶涂层存在晶化度高和孔隙率高两个主要缺点,而新兴的冷喷涂技术具有解决这两个缺点的潜力。本文通过对比等离子喷涂和冷喷涂铁基非晶涂层的性能特征,探讨冷喷涂技术在非晶涂层应用方面的可行性。研究表明,冷喷涂涂层中含有更高的非晶含量,氧化程度更低,且结合强度高达27 MPa。随着热处理温度的升高,冷喷涂涂层在700℃下开始发生晶化,不断析出晶化相,涂层变得更加致密,微观形貌中无裂纹出现,显微硬度由喷涂态的1150 HV增加到1400 HV。而等离子喷涂涂层在600℃就已经发生晶化,且有裂纹出现。因此,冷喷涂涂层的机械性能优于等离子喷涂涂层,冷喷涂涂层的整体性能更好,应用冷喷涂制备非晶合金涂层有更大的潜力。
【文章来源】：电镀与精饰. 2020,42(05)北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
Fe基非晶合金粉末SEM图及EDS成分分析
图2所示为非晶合金粉末及涂层的XRD衍射光谱。从图中可以看出，Fe基非晶粉末存在明显的宽包峰，也叫馒头峰，由此也说明非晶粉末大部分呈非晶结构，在2θ=52°时图中出现较弱的晶体衍射峰，说明非晶粉末中仍有少量晶体结构，非晶含量的计算利用Jade5.0软件中Pseudo-Voigt方法对XRD衍射谱拟合获得粉末的非晶含量[21]，非晶含量计算公式为：非晶含量=100%-衍射峰强度/总强度。经过计算非晶粉末的非晶含量约为97.63%。两种涂层的XRD相比，等离子喷涂涂层明显比冷喷涂涂层结晶度高，另外，根据Jade对XRD数据的分析，可以得到两种涂层相应的结晶度。冷喷涂为2.37%，等离子喷涂为3.45%。冷喷涂时，预燃室温度为900℃，由于气体与颗粒之间的热交换避免了温度继续升高，颗粒没有更高温度。Fe25Cr20Mo1Si非晶粉末的玻璃化转变温度约为650℃，这意味着在此过程中不会发生结晶。在喷涂涂层中出现的结晶可能是由于粒子在飞行中经历的高温或在撞击[22]时的高应变率造成的。2.2 非晶涂层微观形貌分析
出现为变形球形颗粒的主要原因如下，非晶合金与普通塑性金属不同，首先非晶合金硬度非常大，这就需要颗粒速度很高时才能发生强烈的塑性变形。同时，由于圆形喷嘴出口粉末颗粒的速度分布是不均匀的，通常成正态分布[23]，在喷嘴中心的速度可达到850 m/s，而在喷嘴边缘的颗粒速度仅有500～600 m/s，很难达到充分变形。等离子喷涂涂层的表面微观形貌如图4所示。图4(a）中可以看出涂层表面比较粗糙，有凹坑和凸起，可以观察到明显的孔洞，表面有大量的细小球形颗粒，这些球形颗粒是熔滴飞溅时破碎小熔滴冷却收缩后形成的。雾化后的颗粒在飞行过程中发生凝固或半凝固，由于速度较低，颗粒间形成孔隙缺陷，由于后续粒子的变形不充分，不能完全充填气孔，气孔在喷涂过程中形成后会大概率保留在涂层中。这点不同于冷喷涂，冷喷涂涂层形成过程中，后续粒子的高速撞击同样可以导致已沉积的颗粒发生变形，存在挤压夯实和填充孔隙的现象。图4(b）所示，涂层主要由Fe、Cr和Mo组成，占96.11%，其次是少量的C、O和Si。等离子喷涂涂层气孔的形成原因主要是颗粒速度低，而对于冷喷涂，颗粒的速度要大得多，可以达到更高的变形，所以冷喷涂涂层的孔隙率要低于等离子喷涂涂层。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同热喷涂技术制备铁基非晶涂层的结构和耐磨性能[J]. 解路,熊翔,王跃明. 粉末冶金材料科学与工程. 2019(03)
[2]NiAl/NiCoCrAlY/8YSZ复合喷涂层的微观结构与性能研究[J]. 付伟,黄国胜,程旭东,邵刚勤. 表面技术. 2019(04)
[3]晶化行为对TiZr基块体非晶合金腐蚀性能的影响[J]. 宋艳玲,索忠源. 特种铸造及有色合金. 2019(01)
[4]超音速火焰喷涂制备铁基非晶合金涂层的研究现状[J]. 黄飞,康嘉杰,岳文,付志强,朱丽娜,王成彪. 材料导报. 2018(21)
[5]等离子喷涂Fe-Co基非晶合金涂层的结构与电磁屏蔽性能[J]. 倪晓俊,薄希辉,赵新彬,卢志超. 粉末冶金工业. 2018(05)
[6]超音速火焰喷涂Fe基非晶合金涂层材料的摩擦磨损性能研究[J]. 高涵,魏先顺,梁丹丹,江浩然,应承希,沈军. 表面技术. 2018(02)
[7]Fe基非晶合金涂层的研究进展[J]. 龚玉兵,王善林,柯黎明,黄勇. 热加工工艺. 2017(10)
[8]铁基软磁非晶合金和块状金属玻璃的研究进展[J]. 韩烨,朱胜利,井上明久. 功能材料. 2016(03)
[9]热喷涂铁基非晶合金材料的研究进展[J]. 马晓琳,周勇,刘玉栋. 热处理技术与装备. 2015(04)
[10]预处理对铁基非晶合金晶化过程的影响[J]. 朱宗强,傅明喜,李丙丁,吴晓蕾,王超. 特种铸造及有色合金. 2015(02)
硕士论文
[1]非晶态Al-Ce-Fe和Al-Ce-Ni晶化与腐蚀行为研究[D]. 马建平.内蒙古科技大学 2015
[2]低压冷喷涂铝涂层的防腐性能研究[D]. 邱善广.中国海洋大学 2013
[3]电弧喷涂Fe基非晶涂层的制备及摩擦学性能研究[D]. 张绍强.河南科技大学 2010
本文编号：3224702
【文章来源】：电镀与精饰. 2020,42(05)北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
Fe基非晶合金粉末SEM图及EDS成分分析
图2所示为非晶合金粉末及涂层的XRD衍射光谱。从图中可以看出，Fe基非晶粉末存在明显的宽包峰，也叫馒头峰，由此也说明非晶粉末大部分呈非晶结构，在2θ=52°时图中出现较弱的晶体衍射峰，说明非晶粉末中仍有少量晶体结构，非晶含量的计算利用Jade5.0软件中Pseudo-Voigt方法对XRD衍射谱拟合获得粉末的非晶含量[21]，非晶含量计算公式为：非晶含量=100%-衍射峰强度/总强度。经过计算非晶粉末的非晶含量约为97.63%。两种涂层的XRD相比，等离子喷涂涂层明显比冷喷涂涂层结晶度高，另外，根据Jade对XRD数据的分析，可以得到两种涂层相应的结晶度。冷喷涂为2.37%，等离子喷涂为3.45%。冷喷涂时，预燃室温度为900℃，由于气体与颗粒之间的热交换避免了温度继续升高，颗粒没有更高温度。Fe25Cr20Mo1Si非晶粉末的玻璃化转变温度约为650℃，这意味着在此过程中不会发生结晶。在喷涂涂层中出现的结晶可能是由于粒子在飞行中经历的高温或在撞击[22]时的高应变率造成的。2.2 非晶涂层微观形貌分析
出现为变形球形颗粒的主要原因如下，非晶合金与普通塑性金属不同，首先非晶合金硬度非常大，这就需要颗粒速度很高时才能发生强烈的塑性变形。同时，由于圆形喷嘴出口粉末颗粒的速度分布是不均匀的，通常成正态分布[23]，在喷嘴中心的速度可达到850 m/s，而在喷嘴边缘的颗粒速度仅有500～600 m/s，很难达到充分变形。等离子喷涂涂层的表面微观形貌如图4所示。图4(a）中可以看出涂层表面比较粗糙，有凹坑和凸起，可以观察到明显的孔洞，表面有大量的细小球形颗粒，这些球形颗粒是熔滴飞溅时破碎小熔滴冷却收缩后形成的。雾化后的颗粒在飞行过程中发生凝固或半凝固，由于速度较低，颗粒间形成孔隙缺陷，由于后续粒子的变形不充分，不能完全充填气孔，气孔在喷涂过程中形成后会大概率保留在涂层中。这点不同于冷喷涂，冷喷涂涂层形成过程中，后续粒子的高速撞击同样可以导致已沉积的颗粒发生变形，存在挤压夯实和填充孔隙的现象。图4(b）所示，涂层主要由Fe、Cr和Mo组成，占96.11%，其次是少量的C、O和Si。等离子喷涂涂层气孔的形成原因主要是颗粒速度低，而对于冷喷涂，颗粒的速度要大得多，可以达到更高的变形，所以冷喷涂涂层的孔隙率要低于等离子喷涂涂层。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同热喷涂技术制备铁基非晶涂层的结构和耐磨性能[J]. 解路,熊翔,王跃明. 粉末冶金材料科学与工程. 2019(03)
[2]NiAl/NiCoCrAlY/8YSZ复合喷涂层的微观结构与性能研究[J]. 付伟,黄国胜,程旭东,邵刚勤. 表面技术. 2019(04)
[3]晶化行为对TiZr基块体非晶合金腐蚀性能的影响[J]. 宋艳玲,索忠源. 特种铸造及有色合金. 2019(01)
[4]超音速火焰喷涂制备铁基非晶合金涂层的研究现状[J]. 黄飞,康嘉杰,岳文,付志强,朱丽娜,王成彪. 材料导报. 2018(21)
[5]等离子喷涂Fe-Co基非晶合金涂层的结构与电磁屏蔽性能[J]. 倪晓俊,薄希辉,赵新彬,卢志超. 粉末冶金工业. 2018(05)
[6]超音速火焰喷涂Fe基非晶合金涂层材料的摩擦磨损性能研究[J]. 高涵,魏先顺,梁丹丹,江浩然,应承希,沈军. 表面技术. 2018(02)
[7]Fe基非晶合金涂层的研究进展[J]. 龚玉兵,王善林,柯黎明,黄勇. 热加工工艺. 2017(10)
[8]铁基软磁非晶合金和块状金属玻璃的研究进展[J]. 韩烨,朱胜利,井上明久. 功能材料. 2016(03)
[9]热喷涂铁基非晶合金材料的研究进展[J]. 马晓琳,周勇,刘玉栋. 热处理技术与装备. 2015(04)
[10]预处理对铁基非晶合金晶化过程的影响[J]. 朱宗强,傅明喜,李丙丁,吴晓蕾,王超. 特种铸造及有色合金. 2015(02)
硕士论文
[1]非晶态Al-Ce-Fe和Al-Ce-Ni晶化与腐蚀行为研究[D]. 马建平.内蒙古科技大学 2015
[2]低压冷喷涂铝涂层的防腐性能研究[D]. 邱善广.中国海洋大学 2013
[3]电弧喷涂Fe基非晶涂层的制备及摩擦学性能研究[D]. 张绍强.河南科技大学 2010
本文编号：3224702
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