铁基非晶涂层HVOF制备及耐蚀耐磨性能研究

摘要

本文以工业原材料制备的FeCoCrMoCBY非晶粉末为喷涂材料，采用超音速火焰喷涂(high velocity of oxygen fuel spraying,HVOF)制备铁基非晶涂层。通过X射线衍射仪(XRD)、差示扫描热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、维氏显微硬度计等仪器进行测试分析，研究喷涂工艺参数对涂层显微组织、微观结构及性能的影响；采用电化学工作站对比分析涂层和316L不锈钢在HCl中的动态极化特征，研究了涂层在不同腐蚀介质、不同溶液浓度及不同环境温度下的腐蚀规律，采用磨损试验机测试了不同载荷及旋转速度对涂层耐磨性能的影响。研究结果表明：
　　FeCoCrMoCBY非晶涂层与基体结合良好，呈现典型的层状结构，变形层间存在约20nm的冶金结合非晶界面层；涂层非晶含量高，结构致密。在试验参数范围内，煤油流量越高，涂层致密度越高，非晶含量先增多后减少，显微硬度先升高后降低，平均显微硬度高达1017HV。喷涂速度越低，涂层孔隙率越低，但非晶含量由90％降至32%，析出α-Fe、FeO及Fe3C等结晶相，显微硬度明显降低。粉末越细，涂层更加致密，但容易晶化。喷涂距离较短，涂层非晶态含量高，但孔隙率也增多。送粉率降低，涂层孔洞减少，分散均匀。
　　与316L相比，FeCoCrMoCBY非晶涂层在Cl-溶液(HCl及NaCl)中均表现出较强的自钝化能力，钝化膜破裂电位接近1.0V，自腐蚀电流密度低及自腐蚀电位高，表现出优异的耐腐蚀性。而在H2SO4、NaOH中，由于发生过钝化现象，钝化膜破裂，加快了腐蚀速率，抗蚀能力差。在试验条件范围内，溶液浓度及温度越高，涂层腐蚀电流密度增加，耐腐蚀性能下降；优先发生腐蚀的位置依次为：孔洞，氧化物较多的界面层，被氧化或发生晶化的颗粒表面。界面层越宽或喷涂温度越高，界面处发生贫Cr倾向越大，腐蚀倾向越高。
　　FeCoCrMoCBY非晶涂层具有较低的摩擦系数0.15～0.23，优于316L0.28的耐磨性能。载荷低于5N，磨损形式主要呈现出疲劳和氧化磨损；载荷超过10N时，涂层摩擦系数整体降低，磨损量增加，磨损形式转变为氧化磨损和磨粒磨损。随着旋转速度的增加，涂层摩擦系数增加，磨痕相对宽度先增加后减小，磨损面高出涂层基准面，呈现出粗糙的鱼鳞状磨损层。旋转速度由300r/min增加至600r/min时，磨损机理由疲劳磨损、氧化磨损共同作用，向疲劳磨损、氧化磨损和粘着磨损共同作用转变。

目录

第1章 绪论

1.1 选题的依据、目的及意义

1.2 铁基非晶合金的研究现状

1.3 铁基非晶合金涂层的研究现状与应用

1.4 研究的主要内容

第2章 试验条件及方法

2.1 试验材料

2.2涂层制备工艺

2.3 试验研究方法

第3章 FeCoCrMoCBY非晶涂层成形及显微组织分析

3.1 Fe基非晶合金粉末形貌及组织结构

3.2 喷涂工艺参数对涂层成形规律的影响

3.3 喷涂工艺参数对涂层显微组织的影响

3.4涂层氧化及界面分析

3.5喷涂工艺参数对涂层显微硬度的影响

3.6 本章小结

第4章 FeCoCrMoCBY非晶涂层的腐蚀行为

4.1 不同喷涂工艺参数下涂层的腐蚀性能

4.2 不同条件下FeCoCrMoCBY非晶涂层的腐蚀行为

4.3 FeCoCrMoCBY非晶涂层腐蚀机理

4.4 本章小结

第5章FeCoCrMoCBY非晶涂层耐磨性能的研究

5.1 不同喷涂工艺参数下涂层的磨损性能

5.2 不同摩擦条件下非晶涂层的磨损性能

5.3 本章小结

第6章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间发表的专利

致谢

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