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[摘 要]本文研究了电弧喷涂中工艺参数对非晶涂层的含量以及性能的影响，以45钢为基材，制备了不同工艺参数下的涂层。研究结果表明，利用电弧喷涂技术可以铁基体上成功制备出含非晶涂层。不同工艺参数条件下所得涂层皆存在非晶相，但所得涂层质量存在明显差异。电弧喷涂完成后，对所制备的涂层与45钢进行了摩擦磨损对比试验，结果显示，在Fe基体上制备的非晶涂层显著改善了摩擦磨损性能。
[关键词]Fe基，非晶合金，涂层，磨损性能
中图分类号：TG174.442 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0284-01
固态的喷涂材料通过热喷涂设备后被热源加热至熔融态，然后被雾化气流高速喷射到基体表面形成涂层。
一、喷涂试验
1、装置
用SB-1B回收式喷砂机对钢板表面进行喷砂处理，用W-20空气压缩机对喷涂及喷砂空气进行压缩，以提供高压，使用Z2008-190-19空气滤清器对空气进行过滤，最后用302电弧喷涂机进行喷涂。
2、试验材料
基体材料：厚约8mm的45钢板；喷砂材料：18目棕刚玉；喷涂材料：Φ2mm不锈钢粉芯丝材；清洗液：丙酮
3、试验过程
喷砂过程：用干燥的空气在0.4MPa的大气压下对8mm的钢板进行喷砂处理。使之表面清洁并具有一定的粗糙度，喷砂后用丙酮清洗，使之无油污和沙粒等。喷砂完成后要用游标卡尺对钢板的厚度进行测量并记录。
喷涂过程：喷砂完成后的钢板要在1-4小时内对其喷涂，以防被氧化，对结合强度影响。
喷涂参数：喷涂的气压保持在0.4MPa左右，喷涂距离保持在120-150mm，喷涂空载电压分别为38V、40V，喷涂电流为180A、200A。
利用线切割制成试样一组作为金相镶嵌试样，一组作为表面形貌观察试样，另外一组作为摩擦磨损圆盘试样，具体尺寸按照分析要求。
二、摩擦磨损试验
1、试验材料
摩擦磨损试验为球-盘接触方式，其中球试样为Φ5mm的YG8硬质合金球，盘试样为Φ75mm的圆盘试样，其中1个为喷涂后的试样，另外1个为45钢板盘试样，进行耐磨性对比试验。
2、试验过程
将喷涂后的试样和未喷涂的钢板分别做摩擦磨损试验机上，设定相同的旋转半径及转数。通过测量磨痕宽度及深度来表征耐磨性。
3、微观分析
对已喷涂的区域进行线切割，分成大小合适的3组9个试样，用超声波在丙酮清洗液中对试样进行清洗，当清洗液澄清时既可取出试样进行烘干。 将一组试样使用镶嵌机进行试样镶嵌，然后在水砂纸上磨试样，并在抛光机上抛光。得到的镶嵌块在JSM-5610LV扫描电镜下观察涂层的厚度、表面结合状况以及孔隙率。利用D8AdvancedX射线衍射仪分析涂层中物相构成。
三、结果与分析
电弧喷涂涂层与基体表面的结合方式主要是机械结合。此次试验使用的是压力式喷砂法
1、涂层制备
试验采用JZY-302电弧喷涂机制备涂层，涂层材料为Φ2.0mm铁基粉芯丝材，基体材料为45钢板，表面经过喷砂处理后喷涂0.3mm厚的涂层。
2、涂层的XRD分析
在衍射角40°～50°位置上出现了表征非晶相的漫散射衍射峰，说明涂层中存在一定量的非晶。同时在漫散包上还叠加着晶化相衍射峰，这说明涂层中除了含有一定量的非晶相，还有一部分晶化相存在，涂层晶体相主要由（Fe，Ni）、Fe-Cr基体相和CrB组成。
3、涂层微观分析
在电压为40V，喷涂距离为150mm不同电流情况下涂层的表面并不光滑，而是有一定的粗糙度。涂层表面存在大量的颗粒及熔化痕迹，相比较而言，在电流较低时所得涂层较电流较高时所得涂层粗糙。进一步放大后发现，在相同电压的情况下，1#涂层上有熔滴较大，形成一些空洞，且分布不均匀。由于热应力，产生了些微裂纹。涂层2熔滴基本全部融化，形成扁平的层状结构，分布均匀。
喷涂电流200A，喷涂距离150mm的情况下涂层表面并不光滑，涂层表面存在大量的颗粒及熔化痕迹。相比较而言，对于电压较低的涂层表面更粗糙一些，且有未融颗粒。进一步放大，可以看出熔滴微粒形成的层片都很薄。喷涂电压较高的涂层表面涂层更均匀，无空洞，表面结合良好。喷涂电压较低的涂层表面涂层不是很均匀，熔滴颗粒形成的层片很薄，但是有些大的熔滴颗粒，也有些细小的熔滴颗粒，导致涂层表面有些空洞。
4、涂层摩擦磨损性能评价
本课题制备涂层的主要目的是为了改善Fe基材料的耐磨性，延长其使用寿命，所以，有必要对所得涂层的耐磨性进行评价。本次摩擦磨损试验采用的是QG-700气氛高温摩擦磨损试验机，摩擦副为：Φ5mm YG8硬质合金钢球。摩擦时间15分钟，摩擦条件为常温大气环境干摩擦。
实验结果表明，涂层的摩擦系数明显小于45钢的摩擦系数，摩擦系数的降低，改善了材料的摩擦学性能，有利于减小磨损。
5、涂层硬度测试与对比
结果表明，非晶涂层的硬度远远大于45钢的硬度。涂层1号与2号对比，表明电流增大，熔融颗粒融化会提高涂层的硬度。涂层2号与3号做对比，表面电压升高会提高涂层的硬度。较高的涂层硬度可以提高材料的耐磨性。
6、涂层耐磨性研究
材料表面都受到磨损，其中45钢磨损比较严重。进一步放大观察，发现45钢表面呈片状剥落，磨损机制为粘着磨损。由于非晶涂层内部有裂纹，同时在受到应力的作用下，裂纹长大，使非晶涂层剥落。表现了非晶涂层耐磨性能。
四、结论
本文以45钢为基体，利用电弧喷涂技术，研究不同工艺参数条件下Fe基非晶涂层的制备。并对所制备涂层与45钢进行的摩擦磨损性能对比评价，利用扫描电镜、能谱仪等微观分析设备对涂层及磨损形貌进行表征，得到如下结论。
1.利用电弧喷涂技术，在45钢基体上成功制备了含非晶Fe基涂层。
2.工艺参数对涂层的制备过程及质量具有重要影响，在本实验条件下，最佳涂层制备工艺参数为：喷涂电压38V、喷涂电流200A，喷涂距离150mm。
3.与45钢基体相比，Fe基非晶涂层的摩擦系数减小，耐磨损性能显著提高。
参考文献
[1] 孙希泰等.材料表面强化技术.北京，化学工业出版社，2005.
[2] 姜银方.现代表面工程技术. 北京，化学工业出版社，2006.
[3] 孙智，江利，应鹏展.失效分析-基础与应用.北京：机械工业出版社，2005.
[4] 易春龙.电弧喷涂技术.北京，化学工业出版社，2006.
[关键词]Fe基，非晶合金，涂层，磨损性能
中图分类号：TG174.442 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0284-01
固态的喷涂材料通过热喷涂设备后被热源加热至熔融态，然后被雾化气流高速喷射到基体表面形成涂层。
一、喷涂试验
1、装置
用SB-1B回收式喷砂机对钢板表面进行喷砂处理，用W-20空气压缩机对喷涂及喷砂空气进行压缩，以提供高压，使用Z2008-190-19空气滤清器对空气进行过滤，最后用302电弧喷涂机进行喷涂。
2、试验材料
基体材料：厚约8mm的45钢板；喷砂材料：18目棕刚玉；喷涂材料：Φ2mm不锈钢粉芯丝材；清洗液：丙酮
3、试验过程
喷砂过程：用干燥的空气在0.4MPa的大气压下对8mm的钢板进行喷砂处理。使之表面清洁并具有一定的粗糙度，喷砂后用丙酮清洗，使之无油污和沙粒等。喷砂完成后要用游标卡尺对钢板的厚度进行测量并记录。
喷涂过程：喷砂完成后的钢板要在1-4小时内对其喷涂，以防被氧化，对结合强度影响。
喷涂参数：喷涂的气压保持在0.4MPa左右，喷涂距离保持在120-150mm，喷涂空载电压分别为38V、40V，喷涂电流为180A、200A。
利用线切割制成试样一组作为金相镶嵌试样，一组作为表面形貌观察试样，另外一组作为摩擦磨损圆盘试样，具体尺寸按照分析要求。
二、摩擦磨损试验
1、试验材料
摩擦磨损试验为球-盘接触方式，其中球试样为Φ5mm的YG8硬质合金球，盘试样为Φ75mm的圆盘试样，其中1个为喷涂后的试样，另外1个为45钢板盘试样，进行耐磨性对比试验。
2、试验过程
将喷涂后的试样和未喷涂的钢板分别做摩擦磨损试验机上，设定相同的旋转半径及转数。通过测量磨痕宽度及深度来表征耐磨性。
3、微观分析
对已喷涂的区域进行线切割，分成大小合适的3组9个试样，用超声波在丙酮清洗液中对试样进行清洗，当清洗液澄清时既可取出试样进行烘干。 将一组试样使用镶嵌机进行试样镶嵌，然后在水砂纸上磨试样，并在抛光机上抛光。得到的镶嵌块在JSM-5610LV扫描电镜下观察涂层的厚度、表面结合状况以及孔隙率。利用D8AdvancedX射线衍射仪分析涂层中物相构成。
三、结果与分析
电弧喷涂涂层与基体表面的结合方式主要是机械结合。此次试验使用的是压力式喷砂法
1、涂层制备
试验采用JZY-302电弧喷涂机制备涂层，涂层材料为Φ2.0mm铁基粉芯丝材，基体材料为45钢板，表面经过喷砂处理后喷涂0.3mm厚的涂层。
2、涂层的XRD分析
在衍射角40°～50°位置上出现了表征非晶相的漫散射衍射峰，说明涂层中存在一定量的非晶。同时在漫散包上还叠加着晶化相衍射峰，这说明涂层中除了含有一定量的非晶相，还有一部分晶化相存在，涂层晶体相主要由（Fe，Ni）、Fe-Cr基体相和CrB组成。
3、涂层微观分析
在电压为40V，喷涂距离为150mm不同电流情况下涂层的表面并不光滑，而是有一定的粗糙度。涂层表面存在大量的颗粒及熔化痕迹，相比较而言，在电流较低时所得涂层较电流较高时所得涂层粗糙。进一步放大后发现，在相同电压的情况下，1#涂层上有熔滴较大，形成一些空洞，且分布不均匀。由于热应力，产生了些微裂纹。涂层2熔滴基本全部融化，形成扁平的层状结构，分布均匀。
喷涂电流200A，喷涂距离150mm的情况下涂层表面并不光滑，涂层表面存在大量的颗粒及熔化痕迹。相比较而言，对于电压较低的涂层表面更粗糙一些，且有未融颗粒。进一步放大，可以看出熔滴微粒形成的层片都很薄。喷涂电压较高的涂层表面涂层更均匀，无空洞，表面结合良好。喷涂电压较低的涂层表面涂层不是很均匀，熔滴颗粒形成的层片很薄，但是有些大的熔滴颗粒，也有些细小的熔滴颗粒，导致涂层表面有些空洞。
4、涂层摩擦磨损性能评价
本课题制备涂层的主要目的是为了改善Fe基材料的耐磨性，延长其使用寿命，所以，有必要对所得涂层的耐磨性进行评价。本次摩擦磨损试验采用的是QG-700气氛高温摩擦磨损试验机，摩擦副为：Φ5mm YG8硬质合金钢球。摩擦时间15分钟，摩擦条件为常温大气环境干摩擦。
实验结果表明，涂层的摩擦系数明显小于45钢的摩擦系数，摩擦系数的降低，改善了材料的摩擦学性能，有利于减小磨损。
5、涂层硬度测试与对比
结果表明，非晶涂层的硬度远远大于45钢的硬度。涂层1号与2号对比，表明电流增大，熔融颗粒融化会提高涂层的硬度。涂层2号与3号做对比，表面电压升高会提高涂层的硬度。较高的涂层硬度可以提高材料的耐磨性。
6、涂层耐磨性研究
材料表面都受到磨损，其中45钢磨损比较严重。进一步放大观察，发现45钢表面呈片状剥落，磨损机制为粘着磨损。由于非晶涂层内部有裂纹，同时在受到应力的作用下，裂纹长大，使非晶涂层剥落。表现了非晶涂层耐磨性能。
四、结论
本文以45钢为基体，利用电弧喷涂技术，研究不同工艺参数条件下Fe基非晶涂层的制备。并对所制备涂层与45钢进行的摩擦磨损性能对比评价，利用扫描电镜、能谱仪等微观分析设备对涂层及磨损形貌进行表征，得到如下结论。
1.利用电弧喷涂技术，在45钢基体上成功制备了含非晶Fe基涂层。
2.工艺参数对涂层的制备过程及质量具有重要影响，在本实验条件下，最佳涂层制备工艺参数为：喷涂电压38V、喷涂电流200A，喷涂距离150mm。
3.与45钢基体相比，Fe基非晶涂层的摩擦系数减小，耐磨损性能显著提高。
参考文献
[1] 孙希泰等.材料表面强化技术.北京，化学工业出版社，2005.
[2] 姜银方.现代表面工程技术. 北京，化学工业出版社，2006.
[3] 孙智，江利，应鹏展.失效分析-基础与应用.北京：机械工业出版社，2005.
[4] 易春龙.电弧喷涂技术.北京，化学工业出版社，2006.