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超音速火焰喷涂TiB 2 -50Ni复合涂层的高温摩擦磨损性能

发布时间:2022-01-09 20:54
  目的研究环境温度对Ni质量分数为50%的TiB2-Ni复合涂层摩擦磨损性能的影响。方法选用"壳核型"Ni包覆TiB2复合粉末,通过超音速火焰喷涂(HVOF)在304不锈钢基材表面制备TiB2-50Ni金属陶瓷复合涂层。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了粉末、涂层与摩擦磨损表面的显微结构和物相组成,并研究了TiB2-50Ni涂层和304不锈钢基材的高温摩擦磨损性能。结果 HVOF制备的复合涂层截面呈现明显的层片结构,涂层厚度、孔隙率、显微硬度、表面平均粗糙度及界面平均结合强度分别约300.8μm、2.3%、766.1HV、2.3μm及22.6 MPa。高温环境下,304不锈钢基材摩擦系数波动大,且随环境温度升高,其磨损率急剧增加,而TiB2-50Ni涂层的摩擦系数及磨损率波动较小。当环境温度达600℃时,涂层磨损率为(2.73±0.01)×10–5 mm3/(N·m),约为304不锈钢基材磨损率((11.07±0.01)×10

【文章来源】:表面技术. 2020,49(10)北大核心EICSCD

【文章页数】:10 页

【部分图文】:

超音速火焰喷涂TiB 2 -50Ni复合涂层的高温摩擦磨损性能


HVOF用Ti B2-50Ni复合粉末SEM形貌照片

照片,复合涂层,照片


由图2a可见,HVOF制备的Ti B2-50Ni复合涂层截面为明显的层状结构,涂层孔隙及未熔颗粒较少,涂层厚度均匀,约300μm。图2b为复合涂层与基体界面区域局部放大照片,Ti B2-50Ni涂层中浅灰色相区为Ni相,深灰色相区为Ti B2相,且HVOF涂层与304不锈钢基材界面结合十分紧密。由图2c可见,HVOF涂层表面较平整。图2d为图2c中黑色方框区域局部放大照片,图中大部分颗粒得以充分熔化铺展,仅存在极少量未熔颗粒,且层片粒子搭接部位可观察到较多微细孔隙。分析表明,粉末颗粒在超音速火焰喷涂过程中,飞行速度极快,动能极大,粉末颗粒与基体或已形成的涂层表面进行剧烈的碰撞沉积,喷涂粒子充分铺展,形成更平整和低孔隙率涂层。经测定,HVOF复合涂层孔隙率、显微硬度、表面平均粗糙度分别为2.3%、766.1HV、2.3μm。由图3可见,Ti B2-50Ni复合粉体及HVOF涂层的XRD图谱中仅可见Ni相及Ti B2相的衍射峰,未见其他杂质相的衍射峰。表明“核壳型”复合粉体表面的Ni包覆层可有效抑制Ti B2的氧化,HVOF过程中,Ti B2相无明显氧化现象。

XRD图谱,涂层,复合粉,XRD图谱


由图4a可见,HVOF涂层断裂发生在涂层与基体界面处。分析表明,HVOF涂层为高致密涂层,涂层内聚强度较高,而涂层与基体结合界面为相对薄弱部位。由拉伸失效断面全貌(图4b)可见,拉伸断口平整光滑,从而进一步印证了断裂发生在涂层与基体结合界面部位。拉伸失效断面局部放大图(图4c)中可观察到明显的微观裂纹,涂层内部还存在硬质相的断裂与脱落。经测试,HVOF涂层平均结合强度为22.6 MPa。图4 Ti B2-50Ni复合涂层拉伸失效断面图

【参考文献】:
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博士论文
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本文编号:3579425

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