预处理对电弧反应合成WCp增强铁基复合材料组织和性能的影响

摘要

传统耐磨材料难以满足现代工业的综合性能使用要求，WCp增强铁基复合涂层材料是解决该问题的有效途径。但外加WC存在分解、污染和成本高等问题，采用W粉和石墨反应合成制备技术成为新的选择。但是，原位反应合成中存在原料均匀性的问题，轻质的石墨会导致混料不均匀现象。因此本文提出采用钨粉、石墨为原料、辅以微量硅铁、铝镁粉等稳弧脱氧剂，经真空预烧结后，在钢表面制成预制涂层，经电弧反应合成WC颗粒增强铁基涂层材料。本文研究了原料预处理对原料、涂层组织及其性能的影响。
　　对原料进行预烧结处理有助于改善其均匀性，达到“固碳”的目的，而选择合适的工艺有利于原料预烧结过程中W、C元素的相互扩散。本文研究了原料的成型方式、预烧结温度及原料中W、C原子摩尔比对原料的影响，研究表明：压制压力在280MPa时，压块有良好的外观成形和高的密度；随着预烧结温度的提高，预烧结压块中逐渐出现W2C和WC，钨、碳原子结合强度增强；通过对比，W︰C(原子摩尔比)=1︰1.5的原料中整体颗粒均匀性比W︰C(原子摩尔比)=1︰2的原料要好。
　　原料经不同工艺处理后，所制备的涂层中物相种类无变化，但硬质相的体积分数和均匀性有较大差异，从而影响到各涂层的硬度和耐磨性能。涂层组织由WC、Fe3W3C、M7C3、马氏体所组成。
　　原料不同成型方式对涂层中WC硬质相的分布均匀性有较大影响，压块方式比松装方式组织均匀，制备的涂层硬度梯度分布更合理，耐磨性能更好，其相对耐磨性是基体的14倍。原料经不同温度预烧结，所制备的涂层中，随着预烧结温度的提高，涂层中WC体积分数增大，组织的均匀性得到显著改善，硬度和耐磨性能提高，摩擦系数降低。选取不同W、C原子摩尔比原料进行预烧结处理，所制备的涂层中，当W:C(原子摩尔比)=1:1.5时，涂层组织均匀，硬质相WC颗粒尺寸较大，耐磨性能好；当W:C(原子摩尔比)=1:2时，涂层中因存在较多结晶裂纹使得耐磨性能差。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 颗粒增强金属基复合材料

1.3 颗粒增强铁基表面复合材料制备工艺

1.4 预烧结在工程中的应用现状

1.5 本课题研究意义和内容

第2章 试验材料及试验方法

2.1 试验材料

2.2 研究路线图

2.3 试验设备及方法

第3章 预处理对原料的影响

3.1 原料成型方式对预烧结过程中W、C元素扩散及其结合强度的影响

3.2 预烧结温度对预烧结过程中W、C元素扩散及结合强度的影响

3.3 原料中W、C原子摩尔比对预烧结过程中W、C元素扩散的影响

3.4 本章小结

第4章 预烧结对涂层组织及性能的影响

4.1 WC形核与长大机制以及涂层典型的组织结构

4.2 原料成型方式对涂层组织及性能的影响

4.3 预烧结温度对涂层组织及其性能的影响

4.4 原料中W、C原子摩尔比对涂层组织及其性能的影响

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间参与课题及发表论文