等离子喷涂TiB2-Ni涂层的制备及其性能研究

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TiB2具有高硬度、高弹性模量和化学稳定性好等优异的性能,有望于替代WC和Cr3C2材料成为一种新的耐磨耐蚀材料。本文采用包覆法制备的60wt.%TiB2-40Ni复合粉体为等离子喷涂喂料,在钛和45#钢基体上制备TiB2-Ni涂层。采用XRD、SEM和EDS等手段对粉体和涂层的物相、显微结构进行表征。并对涂层的显微硬度、粗糙度和气孔率进行测试,研究等离子喷涂参数对涂层结构和性能的影响。采用摩擦磨损试验机和电化学工作站考察涂层的摩擦学行为和电化学腐蚀性能。结果表明:所用喷涂粉体呈现出Ni包覆/半包覆TiB2的核-壳结构,其平均粒径28.68μm,物相组成为TiB2、Ni和少量的C。TiB2-Ni涂层为层状结构,Ni和TiB2颗粒均匀分布,且与基体结合状态较好;涂层的物相组成为TiB2、Ni和少量的Ni20Ti3B6、Ni4N;涂层显微硬度最高可达1249.49±341.8 Hv0.2,表面粗糙度为911μm。通过涂层摩擦性能测试,对使用的喷涂参数进行了工艺优化,当Ar/H2流量为40/8 L/min,喷涂功率为45 kW,喷涂距离为110 mm,送粉率为30 g/min时,所制备涂层具有较好的耐磨性,其气孔率约为5.48%。摩擦磨损实验表明,摩擦条件对涂层耐磨性能有较大影响。当摩擦副为钢球时,载荷为1 N时的摩擦系数变化较大,载荷为28 N时的摩擦系数保持不变;随速度增大,摩擦系数整体上不变。当摩擦副为陶瓷球时,摩擦系数随着载荷的增加而增加,随转速的增加而下降。TiB2表现出一定的减摩能力,但其减摩效果不同,这可能是因为涂层的断裂韧性较差。对比两种摩擦副所得涂层磨痕形貌及EDS,发现两者都存在磨粒磨损、氧化磨损和粘着磨损机制,但陶瓷球所得涂层磨痕裂纹十分明显,存在疲劳磨损机制。电化学腐蚀实验表明,在0.5mol/L H2SO4溶液中,各个涂层(最高为-0.28041 V)比45#钢基体(-0.41109 V)的自腐蚀电位更高,表明涂层具有更好的耐酸腐蚀性能;在3.5wt.%NaCl溶液中,气孔率为5.3%和5.48%的涂层比45#钢基体的自腐蚀电位更高;在1mol/L NaOH溶液中,涂层比45#钢基体的自腐蚀电位更低,表明涂层耐碱腐蚀性能较差。
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