基于热作模表面电弧喷涂粉芯材料的研制

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针对热锻模具在服役过程中,经常发生表面局部磨损和热疲劳龟裂等失效问题,设计并试制了FeCrNiAl系、FeBSiCrAlNi系、FeCrMoBSiAlNi系等三类合金粉芯喷涂材料,并采用高速电弧喷涂工艺分别在热作模具钢5CrNi Mo试板上制备了一系列试验涂层。结果表明:除FeCrNiAl系涂层试样与基体结合程度部分较差外,其余二类合金系涂层试样均未发现宏观缺陷。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及附属能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微维氏硬度计(Vickers Indenter)、摩擦磨损试验机(Friction/Wear Machine)等测试手段对试验涂层的结构、成分及性能进行了分析研究。另外,采用四辊可逆式中厚板轧机初步探索了热压变形对试验涂层结构与性能的影响规律。结果表明,试验涂层均呈典型层状不均匀结构,存在大量的孔隙与未熔结构,主要物相为α-Fe,Fe-Cr,Ni-Cr-Fe,Ni与Al,Fe的金属间化合物,含有少量Cr2O3,Al2O3。FeBSiCrAlNi系涂层截面平均显微硬度最高达864.56 HV0.2、提升FeBSiCrAlNi中Ni元素含量后平均显微硬度最低为682.17 HV0.2,均明显高于5CrNi Mo基体硬度。涂层表现出良好的抗热震性能,优于基体的耐高温氧化性能、抗摩擦磨损性能以及耐高温冲蚀性能。随着Ni含量的增加,FeCrMoBSiAlNi系涂层的致密度提高,化学微观不均匀系数降低。其中,热震次数最高为116次且抗高温氧化性能优异。摩擦磨损试验表明涂层的摩擦系数相对基体波动较小,摩擦磨损失重率均为基体的50%以下,涂层高温冲蚀失重率均小于基体。其中含Ni量高的FeCrMoBSiAlNi涂层,其摩擦磨损失重率最小为0.08%,高温冲蚀失重量最低,仅为基体的24.7%。涂层热压变形试验表明,在450℃下,一定的变形量可明显提高涂层的致密度与显微硬度,涂层合金化程度越高,塑性越好,致密度提升越明显。
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