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金属间化合物是当前新型结构材料研究的重要领域。对目前研究较多的Fe<,3>Al金属间化合物而言,虽然它具有诸如优异的高温抗氧化、抗硫化及耐冲蚀磨损等一系列适合于用作高温结构材料的性能优点,但是,由于Fe<,3>Al的加工性能差,这限制了它作为商品材料进入市场。近年来,喷涂和焊接等表面技术的迅速发展使得金属间化合物作为表面防护层材料得到了广泛的应用。本文通过钨极氩弧堆焊(GTA)和等离子喷涂两种表面技术在1Crl8Ni9Ti基底上成功地得到了Fe<,3>Al堆焊层和喷涂层,并研究了Fe<,3>Al堆焊层和喷涂层的组织形貌、界面结构、抗氧化性能和耐磨损性能。
本文对1Crl8Ni9Ti与不同工艺条件下的Fe<,3>Al堆焊层的抗氧化性能和耐磨损性能的研究表明:1.采用钨极氩弧焊(GTA)时,焊接工艺参数,尤其是焊接电流对材料的焊接性影响明显。对基底在400/600℃进行焊前、焊后热处理的情况下,采用110A的焊接电流,堆焊层可避免裂纹的形成。焊前、焊后对基底不进行热处理,堆焊层出现裂纹。2.熔合区组织为基底奥氏体的外延生长,成分连续,形成了冶金结合。3.由于高温下Fe<,3>Al金属间化合物表面形成了一层致密的Al<,2>O<,3>氧化膜,因而具有优良的抗氧化性能,在800和900℃,氧化1OOh的条件下,Fe<,3>Al的抗氧化性能优于1Crl8Ni9Ti。随着Al含量的降低和Cr含量的增加,堆焊层的抗氧化性能下降。4.在800℃时,Fe<,3>A1的氧化膜除α-A1<,2>0<,3>外,还含有少量Y-Al<,2>O<,3>。随着温度提高到900℃,Fe<,3>Al的氧化膜中的Y-A1<,2>0<,3>完全转变为α-A1<,2>O<,3>。5.在油润滑条件下,不同工艺的Fe<,3>A1堆焊层,它的耐磨损性能高于基底1Crl8Ni9Ti;它的耐磨损性能随着堆焊电流的降低而明显提高。
本文对1Crl8Ni9Ti、Fe<,3>Al涂层与重熔Fe<,3>Al涂层的抗氧化性能和耐磨损性能的研究表明:1.在900℃,氧化100h的条件下,重熔Fe<,3>Al涂层的抗氧化性能优于未重熔Fe<,3>Al涂层和1Crl8Ni9Ti。2.在油润滑条件下,Fe<,3>Al喷涂层的耐磨损性能高于基底不锈钢。 文中确定了用两种气体的混合气体(Ar+H<,2>)作为等离子工作气体,使弧柱具有良好稳定性和较高的热焓。此外,还研究了等离子喷涂过程中粉末粒子在等离子射流中的熔化过程,用有限差分法计算了固相加热和熔化过程,分析了等离子体温度、换热系数、粉粒直径对粉粒熔化时间的影响,为优化工艺参数,提高涂层质量提供了理论依据。