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铁基非晶合金涂层等离子喷涂制备工艺及其性能研究

刘吉磊  
【摘要】:铁基非晶态合金作为一种新型高新技术材料已得到了广泛的应用,其中商业中应用最多的是Fe78Si9B13和Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶合金带材。而铁基非晶合金的快速发展带来了生产过程中废带材的俱增,如何经济、有效的处理铁基非晶合金废带材的二次利用问题成为企业急需解决的一大难题。 本文对铁基非晶合金废带材通过退火、球磨、筛分而获得粒度不同的Fe基非晶、纳米晶粉末,利用等离子喷涂工艺在Q235钢板基体上制备出铁基非晶涂层。借助金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射等先进的分析仪器对Fe基非晶涂层的微观组织形貌、相结构进行了分析,同时测试分析了涂层的孔隙率、显微硬度、结合强度、耐磨损性能,并研究了不同喷涂粉体对涂层非晶化程度、孔隙率、界面结合等的影响。 对通过脆化、球磨制得的Fe基粉末进行XRD分析,结果表明Fe78SigB13合金粉末为非晶态,而Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金粉末中有部分纳米晶颗粒的存在。 制得的铁基非晶涂层结构均匀、表面平整,XRD分析表明涂层组织主要为非晶相和弥散的α Fe(Si)纳米晶组成。其中,Fe78Si9B13涂层的非晶化程度要高于Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9涂层和混合涂层。 结合涂层孔隙率考虑,在试验的等离子喷涂工艺中,当电弧电压60V,电弧电流500A,喷涂距离为100mm时所获得的涂层最佳,对于Fe78Si9B13合金粉末、Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金粉末、混合粉末对应的涂层孔隙率为11.30%、16.07%、14.60%,合金粉末所获得涂层孔隙率最低。 最佳工艺下,Fe78Si9B13涂层、Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9涂层和混合涂层显微硬度值分别为918.7、727.7、661.7,Fe78Si9B13涂层显微硬度值最高。涂层结合面处显微硬度值明显低于涂层截面正中间,向涂层截面外端(远离基体端)移动显微硬度值开始下降,涂层截面显微硬度值呈现中间大,两头小的“山丘状”。磨料磨损试验中,Fe78Si9B13涂层的磨损量要低于Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9涂层、混合涂层的磨损量。三点弯曲试验中,在涂层出现断裂时,Fe78Si9B13涂层、Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9涂层和混合涂层所受到的应力分别为6.4KPa、5.8KPa、6.4Kpa,测试结果说明Fe78Si9B13涂层的结合强度优于Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9涂层和混合涂层。 综合研究表明,在等离子喷涂工艺为电弧电压60V,电弧电流500A,喷涂距离为100mm时,使用Fe78Si9B13喷涂粉体所获得涂层的性能优于Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9喷涂粉体和混合喷涂粉体。


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