大气等离子喷涂AlO-TiB涂层氩弧重熔工艺及性能研究

摘要

实际生产中，磨损作为工件失效的主要形式之一所造成的经济损失十分巨大。因此，提高工件的耐磨性延长其使用寿命，对于节约生产成本、提高生产效率都具有非常重要的意义。 TiB2材料具有高熔点、高硬度、高耐磨、导电性等优异性能，是一种具有广泛应用前景的新型陶瓷材料。本文采用大气等离子喷涂在Q235基体上制备了Al2O3-TiB2涂层，并利用氩弧对其进行重熔，研究了氩弧重熔对涂层组织结构及性能影响。并与相同功率下激光重熔涂层进行对比。采用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、激光扫描共焦显微镜、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度、环块磨损试验等方法对重熔前后的Al2O3-TiB2涂层进行了组织结构及性能测试与分析。 实验结果表明，等离子喷涂层中相成分主要包括α-Al2O3相、γ-Al2O3相和TiB2。氩弧重熔后，等离子喷涂层中亚稳态的γ-Al2O3相全部转变为稳定的α-Al2O3相。氩弧重熔后，涂层表面未熔颗粒消失，表面粗糙度Ra由6.824μm降低到4.092μm；致密性得到很大提高，TiB2以纳米级细长条状和几μm块状两种形式弥散分布在Al2O3中。 结构的致密、稳定态组织的转变，使得氩弧重熔涂层具有优异的显微硬度和耐磨性能。显微硬度可达2400～2600HV0，2，是重熔前涂层的2～5倍。高速环块磨损试验表明，在80N载荷下，当磨损进行到16000转后，氩弧重熔涂层磨损失量仅2.1mg，是工具钢GCr15对磨环的二十分之一。 在与氩弧重熔相同功率下进行激光重熔，得到相类似结果：涂层表面未熔颗粒消失，致密性提高；亚稳态γ-Al2O3全部转化为稳定相α-Al2O3；重熔消除了大量孔隙，晶粒细化，导电相TiB2相互连通形成闭合导电回路，因此重熔后涂层导电性良好；显微硬度仅差223HV0.3。 研究表明，利用氩弧对等离子涂层进行重熔，可以得到具有优异耐磨性能和导电性能的陶瓷涂层，可以预见低成本、工艺简单的氩弧重熔工艺应用前景非常广阔。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2涂层的磨损机理

1.3等离子制备TiB2耐磨涂层研究进展

1.3.1 TiB2陶瓷复合材料

1.3.2等离子喷涂制备TiB2涂层

1.4涂层的重熔处理

1.4.1激光重熔

1.4.2电子束重熔技术

1.4.3火焰重熔

1.4.4感应重熔

1.4.5整体加热重熔

1.4.6钨极氩弧重熔

1.5本课题的主要研究内容

第2章试验内容与方法

2.1试验材料

2.1.1基体材料选择

2.1.2涂层材料选择

2.2等离子涂层制备

2.3涂层的重熔处理

2.3.1涂层的氩弧重熔处理

2.3.2涂层的激光重熔处理

2.4涂层微观结构

2.4.1涂层显微结构

2.4.2表面粗糙度测量

2.5涂层相组成

2.6涂层性能测试

2.6.1涂层硬度测量

2.6.2耐磨试验

2.6.3导电性测量

第3章氩弧重熔AlO3-TiB2涂层组织结构及耐磨性能

3.1氩弧重熔工艺参数优化

3.1.1氩弧电流对涂层微观结构影响

3.1.2重熔速度对微观结构影响

3.1.3电极高度对微观结构影响

3.2氩弧重熔后涂层微观组织结构

3.2.1氩弧重熔后涂层物相

3.2.2氩弧重熔后涂层微观结构

3.3氩弧重熔对涂层显微硬度影响

3.3.1等离子喷涂层显微硬度

3.3.2氩弧重熔后涂层显微硬度

3.4氩弧重熔后涂层耐磨性

3.4.1氩弧重熔前后磨损性能对比

3.4.2氩弧重熔前后涂层磨损机理

3.5本章小结

第4章氩弧重熔对涂层导电性影响及重熔机理

4.1氩弧重熔后涂层导电性

4.2 Al2O3-TiB2复合陶瓷涂层导电性

4.2.1喷涂粉末导电性分析

4.2.2微观结构对涂层导电性的影响

4.3氩弧重熔机理

4.4氩弧重熔与激光重熔对比

4.4.1激光重熔后涂层微观结构

4.4.2激光重熔涂层物相

4.4.3激光重熔涂层显微硬度

4.4.4激光重熔涂层导电性能

4.4.5氩弧重熔工艺意义

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢