反应超音速火焰喷涂TiC-TiB2-Ni涂层组织与性能的研究

论文摘要

本文以Ti-B4C-C-Ni为原料,采用反应超音速火焰喷涂技术,制备TiC-TiB2-Ni涂层,并对涂层合成机理、组织及相关性能进行研究。热力学计算分析表明,自蔓延高温合成TiC-TiB2-Ni金属陶瓷过程中的绝热燃烧温度随Ni含量的增加而降低,随预热温度的升高而升高。反应超音速火焰喷涂TiC-TiB2-Ni涂层中除含TiC、TiB2、Ni相外,还含有一定量的Ti（C、N）、TiO2、Ti2O3和NiO相。喷涂粒子经历孕育、飞行反应、碰撞沉积等阶段后形成涂层,涂层呈典型的层状结构。当TiC/TiB2比例为1/2时,随Ni含量的增加,涂层组织均匀性增强,夹杂减少,显微硬度降低,结合强度和耐滑动磨损性能呈先升高后降低的变化趋势。Ti-B4C之间的反应趋势明显大于Ti-C之间的反应趋势。当Ni含量为40%时,随着TiC/TiB2比例的增加,涂层组织中的夹杂增多,显微硬度和结合强度逐渐降低,涂层耐滑动磨损性能下降。TiB2引入到TiC涂层中可以显著提高涂层的力学性能。Ni含量和TiC/TiB2比例的相互作用对涂层性能影响并不显著。当Ni含量为40%,TiC/TiB2比例为1/2时,涂层的滑动磨损量和冲蚀磨损量均为最小,分别为16.5㎎和76.9㎎。涂层的滑动磨损失效形式主要表现为犁削和脆性剥落。TiC-TiB2增强NiCrBSi涂层的耐滑动磨损性能明显优于NiCrBSi涂层,而略低于NiCr-Cr3C2涂层,涂层组织中出现了明显的金属相与陶瓷相的偏聚现象,均匀性略低于TiC-2TiB2-40%Ni涂层。冲蚀角度对涂层的耐冲蚀磨损性能有较大影响,在75°角冲蚀作用时,TiC-TiB2增强NiCrBSi涂层的耐冲蚀磨损性能略低于NiCrBSi涂层和NiCr-Cr3C2涂层;而在30°角冲蚀作用时,TiC-TiB2增强NiCrBSi涂层的耐冲蚀磨损性能优于NiCrBSi涂层。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 超音速火焰（HVOF）喷涂技术概述
• 1.2.1 HVOF喷涂技术的发展
• 1.2.2 HVOF喷涂的原理及特点
• 1.2.3 涂层与基材的结合机理
• 1.3 自蔓延高温合成技术
• 1.3.1 自蔓延高温合成技术简介
• 1.3.2 绝热燃烧温度
• 1.4 反应热喷涂技术概述
• 1.4.1 反应电弧喷涂
• 1.4.2 反应等离子喷涂
• 1.4.3 反应氧-乙炔火焰喷涂
• 1.4.4 反应超音速火焰喷涂
• 2 复合材料概况'>1.5 TiC-TiB₂复合材料概况
• 2 的基本性能'>1.5.1 TiC和TiB₂的基本性能
• 2 复合材料的研究现状'>1.5.2 TiC-TiB₂复合材料的研究现状
• 1.6 本文的研究内容
• 1.6.1 反应合成原理
• 1.6.2 研究路线和研究内容
• 第二章 涂层的制备及组织性能测试方法
• 2.1 引言
• 2.2 试验用喷涂原材料
• 2.3 涂层制备方法
• 2.3.1 试样表面预处理
• 2.3.2 涂层的制备
• 2.4 涂层性能测试方法
• 2.4.1 涂层结合强度测定
• 2.4.2 涂层显微硬度
• 2.4.3 涂层滑动磨损性能
• 2.4.4 涂层冲蚀磨损性能
• 2.5 涂层微观组织及相组成分析
• 2.5.1 涂层光学显微组织分析
• 2.5.2 涂层表面形貌分析
• 2.5.3 涂层相组成分析
• 2-Ni的热力学分析'>第三章 自蔓延高温合成TiC-TiB₂-Ni的热力学分析
• 3.1 引言
• 3.2 标准反应吉布斯自由能的计算
• 2 复相陶瓷的热力学计算'>3.3 自蔓延高温合成TiC-TiB₂复相陶瓷的热力学计算
• 2-Ni金属陶瓷的热力学分析'>3.4 自蔓延高温合成TiC-TiB₂-Ni金属陶瓷的热力学分析
• 4C-C-Ni反应体系绝热燃烧温度计算'>3.5 Ti-B₄C-C-Ni反应体系绝热燃烧温度计算
• 3.5.1 计算模型
• 3.5.2 计算公式
• 3.5.3 绝热燃烧温度的变化规律
• 3.6 本章小节
• 2-Ni涂层的机理研究'>第四章 反应超音速火焰喷涂TiC-TiB₂-Ni涂层的机理研究
• 4.1 引言
• 2-Ni涂层相组成分析'>4.2 TiC-TiB₂-Ni涂层相组成分析
• 4.3 团聚颗粒的熔化反应机理
• 4.4 反应超音速火焰喷涂涂层形成机制
• 4.5 本章小结
• 2-Ni涂层组织与性能的影响'>第五章 Ni含量对TiC-TiB₂-Ni涂层组织与性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 喷涂粉末材料成分
• 5.3 涂层的显微组织分析
• 5.4 涂层的结合强度
• 5.5 涂层的显微硬度
• 5.6 涂层的滑动磨损性能
• 5.7 本章小结
• 2比例对TiC-TiB₂-Ni涂层组织性能的影响'>第六章 TiC/TiB₂比例对TiC-TiB₂-Ni涂层组织性能的影响
• 6.1 引言
• 6.2 喷涂材料成分
• 6.3 热力学分析
• 6.4 涂层的相组成分析
• 6.5 涂层的显微组织分析
• 6.6 涂层的结合强度和显微硬度
• 6.7 涂层的滑动磨损性能
• 6.8 本章小节
• 2-Ni涂层的正交试验优化'>第七章 TiC-TiB₂-Ni涂层的正交试验优化
• 7.1 引言
• 7.2 试验方案
• 7.3 正交试验结果与分析
• 7.3.1 试验结果
• 7.3.2 试验结果分析
• 7.4 本章小结
• 2增强NiCrBSi涂层组织与性能的研究'>第八章 TiC-TiB₂增强NiCrBSi涂层组织与性能的研究
• 8.1 引言
• 8.2 喷涂粉末成分组成
• 8.3 超音速火焰喷涂焰流分析
• 8.4 涂层的显微组织分析
• 8.5 涂层的显微硬度和结合强度
• 8.6 涂层的滑动磨损性能
• 8.7 涂层的冲蚀磨损性能
• 8.8 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 在学期间的研究成果
• 致谢