等离子熔覆ZrB2-ZrC/Fe复合涂层组织及耐磨性

摘要

ZrB2、ZrC熔点高、密度小、硬度高、抗热冲击性好，热导率高，以ZrB2、ZrC增强的金属基复合涂层在切削刀具、耐火材料、耐磨部件及航空航天等领域有着广泛的应用前景，等离子熔覆技术凭借其优良的表面强化效果、工艺操作简单灵活和低廉的加工成本等优点，经过多年的研究已逐渐发展成熟，采用等离子熔覆技术，在钢铁表面制备陶瓷增强的金属基复合涂层，可以大幅提高钢材的表面耐磨性，延长材料的使用寿命，节约材料和生产成本。
　　本文在国家863计划课题（耐磨蚀组合涂层等离子熔射制备及表征技术，2015AA034404）支持下，以Fe、Zr、B4C和SiC粉末为原料，采用等离子熔覆技术在Q235钢基体表面制备ZrB2和ZrC为增强相的铁基复合涂层。分析了涂层的物相组成和显微组织，测试了涂层的显微硬度和耐磨性，研究了不同Zr+B4C添加量，不同熔覆电流和原始粉末中SiC添加量的不同对增强相形态、数量、尺寸及分布的影响，探讨了ZrB2-ZrC涂层组织演化的过程和耐磨机理，为等离子熔覆技术的应用提供依据。主要研究结果如下：
　　(1)以Fe、Zr、B4C和SiC粉末为原料，采用等离子熔覆技术分别通过改变原始粉末中Zr+B4C添加量、等离子熔覆电流和原始粉末中SiC的添加量，在Q235钢基体表面成功制备了ZrB2和ZrC为增强相的铁基复合涂层，涂层与Q235钢基体之间结合致密，没有裂纹，气孔，夹杂等缺陷，呈现良好的冶金结合。
　　(2)当改变原始粉末中 Zr+B4C添加量时，熔覆涂层物相由 ZrB2、α-Fe、ZrC、Fe2B和Fe3C组成；涂层中原位合成的ZrB2呈现针棒状，花瓣状，ZrC呈现颗粒状，随原始粉末中Zr+B4C含量的增加，ZrB2和 ZrC含量增加，尺寸变大；熔覆涂层的显微硬度和耐磨性较Q235钢基体有了显著的提高，显微硬度最高可达基体的7.3倍，耐磨性最高可达基体的5.45倍；涂层的磨损方式以磨粒磨损为主，断裂方式以穿晶断裂为主。
　　(3)当改变熔覆电流时，涂层主要物相为ZrB2、α-Fe、ZrC，其余含有一定量的Fe2B、Fe3C，当熔覆电流为110A，120A时，还存在少量ZrO2，随着熔覆电流的增大，ZrO2的含量有所增加；ZrB2-ZrC/Fe涂层中原位合成的ZrB2呈现针棒状，花瓣状，ZrC呈现颗粒状，随熔覆电流的增大，ZrB2和 ZrC增强相的尺寸有逐渐粗大化的趋势，涂层的成型性变差；ZrB2-ZrC/Fe涂层的显微硬度较Q235钢基体有了显著的提高，随熔覆电流的增大，涂层的显微硬度逐渐降低；ZrB2-ZrC/Fe涂层的耐磨性是Q235钢基体耐磨性的3~5倍，随熔覆电流的增大，ZrB2-ZrC/Fe涂层的耐磨性逐渐变差，ZrB2-ZrC/Fe涂层的磨损方式逐渐由磨粒磨损转变为磨粒磨损和剥层磨损的混合磨损。
　　(4)当改变原始粉末中SiC的添加量时，涂层主要物相为ZrB2、α-Fe、ZrC，其余含有一定量的ZrO2、Fe2B、Fe3C、Fe3Si和微量的SiO2；ZrB2-ZrC/Fe涂层中原位合成的ZrB2呈现针棒状，花瓣状，ZrC呈现颗粒状，ZrO2呈现白色团聚状，随原始粉末中SiC添加量的增加，ZrB2-ZrC/Fe涂层的成型性逐渐变差，气孔，裂纹等缺陷逐渐增多，白色团聚状的ZrO2含量逐渐增加；随原始粉末中 SiC添加量的增加，ZrB2-ZrC/Fe涂层的显微硬度逐渐降低，耐磨性逐渐变差。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 金属陶瓷复合涂层概述

1.3 等离子熔覆技术概述

1.4 ZrB2与ZrC的性质及其研究现状

1.5课题研究意义及主要研究内容

2 实验条件及方法

2.1 实验原料

2.2实验设备

2.3 实验方案

2.4 实验流程

2.5 分析检测及性能表征

3不同Zr+B4C添加量等离子熔覆ZrB2-ZrC/Fe复合涂层

3.1 实验结果

3.2 分析与讨论

3.3 本章小结

4 不同熔覆电流等离子熔覆ZrB2-ZrC/Fe复合涂层

4.1实验结果

4.2 分析与讨论

4.3 本章小结

5不同SiC添加量等离子熔覆ZrB2-ZrC/Fe复合涂层

5.1 实验结果

5.2 分析与讨论

5.3 本章小结

6 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参与的项目及发表的论文