反应超音速火焰喷涂TiC-TiB_2-Ni涂层组织与性能的研究

【摘要】： 本文以Ti-B_4C-C-Ni为原料,采用反应超音速火焰喷涂技术,制备TiC-TiB_2-Ni涂层,并对涂层合成机理、组织及相关性能进行研究。热力学计算分析表明,自蔓延高温合成TiC-TiB_2-Ni金属陶瓷过程中的绝热燃烧温度随Ni含量的增加而降低,随预热温度的升高而升高。反应超音速火焰喷涂TiC-TiB_2-Ni涂层中除含TiC、TiB_2、Ni相外,还含有一定量的Ti(C、N)、TiO_2、Ti_2O_3和NiO相。喷涂粒子经历孕育、飞行反应、碰撞沉积等阶段后形成涂层,涂层呈典型的层状结构。当TiC/TiB_2比例为1/2时,随Ni含量的增加,涂层组织均匀性增强,夹杂减少,显微硬度降低,结合强度和耐滑动磨损性能呈先升高后降低的变化趋势。Ti-B_4C之间的反应趋势明显大于Ti-C之间的反应趋势。当Ni含量为40%时,随着TiC/TiB_2比例的增加,涂层组织中的夹杂增多,显微硬度和结合强度逐渐降低,涂层耐滑动磨损性能下降。TiB_2引入到TiC涂层中可以显著提高涂层的力学性能。Ni含量和TiC/TiB_2比例的相互作用对涂层性能影响并不显著。当Ni含量为40%,TiC/TiB_2比例为1/2时,涂层的滑动磨损量和冲蚀磨损量均为最小,分别为16.5㎎和76.9㎎。涂层的滑动磨损失效形式主要表现为犁削和脆性剥落。TiC-TiB_2增强NiCrBSi涂层的耐滑动磨损性能明显优于NiCrBSi涂层,而略低于NiCr-Cr_3C_2涂层,涂层组织中出现了明显的金属相与陶瓷相的偏聚现象,均匀性略低于TiC-2TiB_2-40%Ni涂层。冲蚀角度对涂层的耐冲蚀磨损性能有较大影响,在75°角冲蚀作用时,TiC-TiB_2增强NiCrBSi涂层的耐冲蚀磨损性能略低于NiCrBSi涂层和NiCr-Cr_3C_2涂层;而在30°角冲蚀作用时,TiC-TiB_2增强NiCrBSi涂层的耐冲蚀磨损性能优于NiCrBSi涂层。