反应热喷涂三元硼化物金属陶瓷涂层制备工艺及性能研究

论文摘要

本研究分别以Mo-FeB-Fe、Mo-FeB-Fe-Al、Mo-FeB-Fe-TiB2为反应体系,经聚乙烯醇缩丁醛的乙醇溶液造粒制备喷涂喂料,采用反应火焰喷涂和等离子喷涂技术在Q235钢表面制备了三元硼化物系金属陶瓷涂层,并将涂层于1000℃热处理5h。采用SEM、激光粒度仪、XRD、DSC等测试技术研究了反应体系粉体和涂层的微观形貌、物相组成和反应机理,并对涂层的结合强度、致密性、抗热震性能、耐磨损性和耐腐蚀性进行研究。结果表明:以Mo、FeB合金和Fe粉为原料,采用固相反应烧结破碎法制备喷涂喂料,制备的Mo2FeB2金属陶瓷涂层。球磨15h后粉体中有Fe2B生成,900℃烧结后破碎的喷涂粉末有部分三元硼化物（Mo2FeB2）生成;涂层由占主体的Mo2FeB2和α-Fe相和少量Fe2O3、FeO相及气孔组成。在涂层和基体的结合面处,存在由高硬度涂层到低硬度钢基体的过渡区;涂层的孔隙率为23%,抗热震次数可以达到38次;耐磨粒磨损和粘着磨损的能力分别比基体提高了5.28倍和5.16倍;在5wt.%H2SO4溶液中的耐蚀性比基体提高了4.89倍,涂层经过1000℃真空扩散热处理5h之后,具有更加优异的力学性能。以Mo、FeB合金、Fe和Al粉末为原料,制备的Mo2FeB2/Fe3Al金属陶瓷涂层是由硬质相Mo2FeB2、Fe3Al和Fe基粘结相及氧化物Al2O3、B2O3、MoO3等组成。涂层的孔隙率为19%,抗热震次数为43次,耐磨粒磨损和粘着磨损能力分别比基体提高了3.04倍和4.24倍,在5wt.%H2SO4溶液中的耐蚀性比基体提高了3.02倍;涂层经过1000℃真空热处理5h之后具有更加优异的力学性能。以Mo、Fe、Fe-B合金和TiB2粉为主要原料,通过聚乙烯醇缩丁醛造粒制备喷涂喂料,制备的Mo2FeB2/TiB2复合陶瓷涂层,是由Mo2FeB2和TiB2硬质相,Fe基粘结相和TiO2、B2O3与Fe的氧化物组成;涂层的抗热震次数最高达到50次,在不同载荷、不同磨损时间下和不同的腐蚀溶液下,等离子喷涂技术制备的涂层具有比反应热喷涂涂层更好的耐磨损性和耐腐蚀性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 金属陶瓷涂层的研究现状
• 1.1.1 热喷涂法
• 1.1.2 气相沉积法
• 1.1.3 激光熔敷法
• 1.1.4 自蔓延高温合成法
• 1.1.5 真空液相烧结法
• 1.1.6 铸造烧结法
• 1.1.7 料浆法
• 1.1.8 热化学反应法
• 1.2 三元硼化物金属陶瓷涂层的研究现状及存在问题
• 1.3 反应热喷涂技术
• 1.3.1 反应氧-乙炔火焰热喷涂
• 1.3.2 反应等离子喷涂
• 1.4 本课题的研究内容及意义
• 2. 实验方法及过程
• 2.1 实验材料及设备
• 2.1.1 实验原料的选择
• 2.1.2 实验仪器与设备
• 2.2 喷涂喂料的制备
• 2.2.1 粘结剂的制备
• 2.2.2 喷涂喂料的制备
• 2.3 涂层的制备工艺
• 2.3.1 基体材料的选择及制备
• 2.3.2 过渡层的选择
• 2.3.3 涂层的制备过程
• 2.4 反应热喷涂设备
• 2.4.1 氧-乙炔反应火焰热喷涂
• 2.4.2 反应等离子热喷涂
• 2.5 涂层表征及性能测试
• 2.5.1 涂层和粉体的物相分析
• 2.5.2 涂层和粉体的形貌分析
• 2.5.3 涂层的抗热震性
• 2.5.4 涂层的结合强度
• 2.5.5 涂层的致密性
• 2.5.6 涂层的显微硬度
• 2.5.7 涂层的耐腐蚀性
• 2.5.8 涂层的耐磨损性
• 3. 反应火焰喷涂Mo-FeB-Fe 系金属陶瓷涂层及性能
• 3.1 Mo-FeB-Fe 系喷涂粉末物相组成及DSC 曲线分析
• 3.2 Mo-FeB-Fe 系喷涂粉末形貌及粒度分析
• 3.3 Mo-FeB-Fe 系涂层的物相结构分析
• 3.4 Mo-FeB-Fe 系涂层的形貌分析
• 3.5 Mo-FeB-Fe 系涂层的显微硬度
• 3.6 Mo-FeB-Fe 系涂层的抗热震性及致密性
• 3.7 Mo-FeB-Fe 系涂层的耐磨粒磨损性
• 3.8 Mo-FeB-Fe 系涂层的耐粘着磨损性
• 3.9 Mo-FeB-Fe 系涂层的耐腐蚀性
• 4 反应火焰喷涂Mo-FeB-Fe-Al 系金属陶瓷涂层及性能
• 4.1 Mo-FeB-Fe-Al 系喷涂粉末物相组成及形貌分析
• 4.2 Mo-FeB-Fe-Al 系涂层物相组成及形貌分析
• 4.3 Mo-FeB-Fe-Al 系涂层的抗热震及致密性分析
• 4.4 Mo-FeB-Fe-Al 系涂层的耐磨损性分析
• 4.4.1 涂层的磨粒磨损分析
• 4.4.2 涂层的粘着磨损分析
• 4.5 Mo-FeB-Fe-Al 系涂层的耐腐蚀性分析
• 4.5.1 涂层的耐酸性分析
• 4.5.2 涂层的耐碱性分析
• 4.5.3 涂层的耐盐性分析
• 2 系金属陶瓷涂层及性能'>5 反应热喷涂Mo-FeB-Fe-TiB₂系金属陶瓷涂层及性能
• 2 系粉体及涂层的物相结构分析'>5.1 Mo-FeB-Fe-TiB₂系粉体及涂层的物相结构分析
• 2 系喷涂喂料和涂层的形貌分析'>5.2 Mo-FeB-Fe-TiB₂系喷涂喂料和涂层的形貌分析
• 5.2.1 粉体表面形貌
• 5.2.2 涂层表面形貌
• 2 系涂层抗热震性能分析'>5.3 Mo-FeB-Fe-TiB₂系涂层抗热震性能分析
• 2 系涂层的耐腐蚀性'>5.4 Mo-FeB-Fe-TiB₂系涂层的耐腐蚀性
• 2 系涂层的耐磨损性能'>5.5 Mo-FeB-Fe-TiB₂系涂层的耐磨损性能
• 6 反应热喷涂不同体系金属陶瓷涂层对比分析
• 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集