HVAF与HVOF铁基非晶涂层的结构与性能研究

摘要

本文通过实验优化设计确定了HVAF和HVOF制备铁基非晶涂层的最佳工艺。利用X射线衍射分析仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、氧含量测试仪、热机械分析仪（TMA）、显微硬度计、力学试验机、电化学工作站、摩擦磨损试验机等实验手段对比研究了HVAF和HVOF铁基非晶涂层的结构、电化学腐蚀性能、摩擦磨损性能、结合强度以及抗热震性能。
　　 所制备的HVAF和HVOF铁基非晶涂层都非常致密，孔隙率和厚度相同，与基体结合紧密。XRD表明HVAF和HVOF铁基非晶涂层都是部分非晶结构，但其晶化峰明显弱于粉末。虽然HVAF和HVOF铁基非晶涂层宏观上表现出相同的孔隙率，但其微观成分和结构明显不同：HVAF涂层的氧含量明显低于HVOF涂层的氧含量；HVOF涂层中颗粒边缘存在很多黑色的轮廓线，而HVAF涂层中这种黑色轮廓线则很少，EDS结果表明黑色轮廓线的主要成分是铁的氧化物。此外，HVAF涂层的硬度明显高于HVOF涂层。
　　 极化曲线和交流阻抗测试表明，在模拟海水中，HVAF涂层的耐腐蚀性优于HVOF涂层，主要原因在于HVAF涂层的氧含量低于HVOF涂层，这些氧化物（主要是铁的氧化物）主要位于颗粒边缘，一方面会阻碍钝化膜的形成；另一方面，容易成为微电偶和微缝隙腐蚀的腐蚀点，进而形成扩散通道导致Cl-的渗入和内部腐蚀。极化曲线测试表明，HVAF铁基非晶涂层在模拟地下水中具有优异的耐腐蚀性能，可以作为核废料储存罐的保护涂层。
　　 干滑动摩擦磨损试验表明，HVAF涂层的摩擦系数明显高于HVOF涂层，原因在于前者硬度明显高于后者，抵抗裂纹扩展的能力较低，容易发生剥落而产生疲劳磨损，而后者氧含量比前者高，从而降低了其摩擦系数。但两者的磨损量相当，远低于基体，可以起到良好的保护作用。因此，HVAF涂层和HVOF涂层可以分别用作防滑涂层和减摩涂层。随着载荷增加，HVOF涂层的摩擦系数和磨损量略有增大，但总体上都比较低。此外，HVOF涂层对金属和陶瓷都具有良好的减摩性能。
　　 拉伸试验表明，HVAF铁基非晶涂层与基体的结合强度很高，断口形貌表明涂层与基体之间是机械结合。热震试验表明，HVAF涂层在海水和空气中均具有的良好的抗热震性能，原因在于涂层与基体的热膨胀系数比较匹配。
　　 HVAF铁基非晶涂层作为一种性能优异、成本低廉的新型保护涂层，在诸多领域尤其是海洋防腐、地下核储存等方面具有广阔的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

1　绪论

2 HVAF与HVOF喷涂工艺的选择与优化

3 铁基非晶涂层的结构表征

4 铁基非晶涂层的电化学腐蚀性能

5 铁基非晶涂层的摩擦磨损性能

6 铁基非晶涂层的结合强度及抗热震性能

7 全文总结

致谢

参考文献

附录