氩弧熔覆TiB2+TiN/Ni涂层的微观结构与摩擦学行为

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mfklyga
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
在工程中,熔覆涂层作为一种改善材料表面性能的手段得到了广泛的应用,尤其是在提高材料的耐磨、耐腐蚀和抗氧化性能等方面。其主要制备方法是激光熔覆和等离子熔覆,但这些方法存在设备价格高、操作复杂等问题,造成生产的成本增加。本文将氩弧熔覆作为提高材料表面耐磨性的一种新方法进行研究,在大幅度提高材料耐磨性的同时降低生产成本,这对企业生产效益的提高具有重要的意义。本文以工程常用的35Cr Mn Si钢为基体,选择钛粉、氮化硼粉和Ni60A粉的混合粉末制成复合材料棒,利用氩弧熔覆技术在35Cr Mn Si钢表面制备出熔覆层;研究了熔覆电流、熔覆速度、Ti与BN粉末的摩尔比例和(Ti+BN)含量对组织形貌的影响;确定出制备熔覆层的最佳粉末体系和熔覆工艺;利用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、高分辨电镜及能谱分析对熔覆试样的物相及微观组织进行表征;通过显微硬度和摩擦磨损测试分析熔覆层的磨损机制,结果表明:(1)当熔覆电流为120A,熔覆速度为2mm/s时稀释率最小且表面成形质量最佳;当熔覆速度为2mm/s,熔覆电流从100A→120A→140A→160A变化时,熔覆层顶部组织随电流的增加形成由细小的颗粒相(尺寸为25μm)→颗粒相、针状和棒状组织→针、棒状组织(尺寸为5μm×600nm15μm×1.2μm)→粗大的针状组织(尺寸为20μm×1.2μm2μm)转变;当熔覆电流为120A,熔覆速度在1mm/s3mm/s范围,熔覆层的组织主要由Cr23C6、TiB、TiB2、Ti N和γ-Ni组成;随着熔覆速度的增加,熔覆层顶部组织由粗大的针棒状组织(尺寸大小约为30μm×1μm)→针棒状组织(尺寸约为10μm×1μm)+颗粒状组织(1μm2μm)→颗粒状组织+须状组织(尺寸约为10μm×500nm)转变;BN/Ti的摩尔比例对形成增强相形貌及分布状态具有很大的影响。当BN/Ti摩尔比为0.33时,组织主要由Ti N和TiB组成;随着BN含量的增多,TiB2形核质点增多,B元素的含量对TiB2的形核与长大起了重要的作用。(2)通过分析合金体系中各物质之间的反应产物和反应的可行性及Ti N、TiB2合成反应的热力学和动力学条件,提出了原位合成Ti N+TiB2的动力学模型。得出Ti-BN-Ni合金系在氩弧加热过程中的反应过程为:Ni60A合金粉末首先熔化,形成镍基熔池,钛和氮化硼溶解在熔化的Ni60A熔池中,在氮原子周围首先形成富钛的合金层,发生Ti N原位反应,随后硼将与钛相互作用,并从合金液中析出向外扩散,最后生成大量的Ti N和TiB2晶核。(3)通过TEM和HREM观察得到,在BN与Ti摩尔比低的情况下(BN/Ti=0.33),氩弧熔覆制备的TiB主要呈晶须状,TiB的横截面由(100)、(10 1)和(101)面组成六边形,沿着[010]方向生长;在BN/Ti摩尔比为0.67时,原位制备的面心立方Ti N生长方式为小平面生长;通过HREM可以确定Ti N与γ-Ni基体存在(111)Ti N//(11 3)γ-Ni,(111)Ti N//(2 2 0)γ-Ni,(220)Ti N//(31 3)γ-Ni的关系;TiB2颗粒主要以短棒状和六面体体块状组织存在;TiB2与Ti N形成了{111}Ti N//{0001}TiB2,<110>Ti N//<11 2 0>TiB2的位相关系,并依附于Ti N形核长大。(4)采用氩弧熔覆Ti-BN体系获得原位自生的TiB2和Ti N涂层具有良好的硬度和耐磨性。随着熔覆电流和熔覆速度的增加,熔覆层的显微硬度由先增加后降低,当熔覆电流为120A,熔覆速度为2mm/s时,熔覆层平均硬度可达1320HV0.5,约是基体的5倍;随着BN/Ti摩尔比的增加,熔覆层的显微硬度逐渐增大;当BN/Ti=1时,熔覆层的显微硬度最高可达1360HV0.5,但分布并不均匀,随着(Ti+BN)含量的增加,生成的颗粒相的数量增多,原位合成的组织发生变化,熔覆层的显微硬度增大。(5)随着摩擦载荷的增加,35Cr Mn Si钢的磨损量和摩擦系数均增大,磨损机制由氧化磨损向黏着磨损转变;含量为20%(Ti+BN),BN/Ti摩尔比为0.67时制备的熔覆层在不同载荷耐磨性较35Cr Mn Si钢基体提高614倍;随摩擦载荷的增加,熔覆层的摩擦系数逐渐减小,在摩擦载荷300N时的平均摩擦系数仅为0.25;其磨损机制主要是磨粒磨损;磨屑形貌由颗粒状、长条状和楔形状磨屑组成。同时,在相关理论的基础上,对TiB2+Ti N涂层与基体的摩擦和磨损行为进行了分析,建立了简易的模型,解释了试验现象。
其他文献
【正】 日元从战后1美元比360日元的固定汇率制开始,1971年12月升值到1美元比308日元。继1993年3月日元急剧升值之后,又出现了日元急剧升值的现象。6月21日纽约外汇市场美元
本文论述了电站锅炉制造业市场发展与CAD技术应用的关系,并结合公司实施CAD“甩图板”工程,从CIMS集成角度对工程的系统设计、选型作了简介。最后,阐述了基于AutoCAD-Genius数据流集成CAD技术在电站锅炉制造
目的探索珠海市万山岛局部不明原因腹泻暴发的原因.方法对珠海市万山岛发病情况进行流行病学现场调查、分析.结果2001年1月10日起,万山岛旧营房内出现儿童腹泻,至1月20日,共
在国务院大力推行减税降费,进一步减轻企业负担,促进经济结构转型升级的大背景下,增值税税率也随着财政部、国家税务总局发布《关于调整增值税税率的通知》与财政部、国家税
目的进一步探讨急性时相反应蛋白(APP)在类风湿性关节炎(RA)中的临床意义.方法应用Array特种蛋白测定系统测定RA患者及正常组血清类风湿因子(RF)、C-反应蛋白(CRP)、a1-酸性
目的探讨中西医结合治疗口腔扁平苔藓的临床效果。方法将口腔扁平苔藓患者80例根据治疗方法的不同分为治疗组与对照组各40例,两组都给予卡介菌多糖注射治疗,治疗组在此基础上
信息化时代背景下,信息化技术为信息处理提供了更加便捷的处理模式,税务信息化是信息化技术与税务工作的有效结合,提高了税务工作的效率及质量。在税务信息化发展背景下,税务
如今,在现代社会经济不断发展的背景下,信息技术已经在人们的日常生活和生产中实现了非常广泛的应用,互联网技术也在此基础上得到了进一步的优化与完善,这对于大数据时代发展
全球导航卫星系统及其应用领域在不断地扩大和深化,世界各大国都在竞相发展自己的卫星导航系统。简要介绍了GPS、GLONASS、Galileo、BDS、QZSS、IRNSS的发展概况,探析了它们
目的为了解生殖道白念珠菌对五种抗真菌药物的敏感性及是否存在交叉耐药性,了解对抗真菌药物的耐药率,使临床医师能选择敏感的药物控制白念珠菌感染.方法采用NCCLS M27-A推荐