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反应火焰喷涂Mo_2FeB_2金属陶瓷涂层的组织和性能

王钰  
【摘要】: 反应喷涂是目前制备陶瓷/金属涂层的一项新技术,它是自蔓延高温合成与热喷涂技术相结合而发展起来的。其最大特点是,涂层中的陶瓷相不是预先加入到喷涂原料中,而是喷涂粉末在飞行过程中经历一系列放热反应而获得的。获得的陶瓷相分布均匀,粒度小,不存在陶瓷/金属结合界面污染问题,涂层的性能好,并且工序简单、经济。 本文基于反应喷涂原理,以FeB、Mo、Fe等粉末为原料,采用反应火焰喷涂在钢表面合成Mo2FeB2金属陶瓷涂层;以Fe、Al粉末为原料喷涂,形成Fe-Al金属间化合物作为粘结底层。用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和硬度计分析了不同热处理温度和粘结底层含铝量不同对涂层显微组织和界面结构的影响,研究了涂层的形成机制。用粘结拉伸法,测量了粘结底层与钢基体间的结合强度。比较了三元硼化物基金属陶瓷涂层试样和钢基体的耐磨性,并分析涂层的耐磨机理。用Uddeholm法对三元硼化物基金属陶瓷涂层试样和钢基体进行热疲劳试验,分析和对比有涂层试样和无涂层试样的表面热疲劳裂纹形貌,探讨涂层的热疲劳机理。从上述试验结果得出以下结论: 经过反应火焰喷涂后,在钢基体表面生成三元硼化物基金属陶瓷涂层,其组织为Mo2FeB2+α-Fe;喷涂所得的粘结底层组织为Fe3Al+FeAl,属于金属间化合物,其作用是起到过渡连接实现三元硼化物基金属陶瓷涂层与钢基体的满意结合。 三元硼化物(Mo2FeB2)硬质相是在喷涂过程中发生原位反应形成的,所以其形成与热处理工艺无关;热处理有利于粘结底层中的Fe、Al转化为金属间化合物。 粘结底层与钢基体间产生冶金结合和扩散结合界面,随着热处理温度升高,结合强度先升后降,在550℃时达到最大,为36MPa。三元硼化物基金属陶瓷涂层的显微硬度值达到1400HV 0. 1,粘结底层的显微硬度在800HV 0. 1左右,高于钢基体表面的显微硬度。涂层的耐磨性高于高速钢,是由于表面的Mo2FeB2硬质相具有较高的硬度。三元硼化物基金属陶瓷涂层的抗热疲劳性能大于钢基体,是由于涂层中含有Ni、Mo、Cr等合金元素,具有较强的抗氧化能力。


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