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等离子喷涂工艺对 Fe 基非晶合金涂层微观组织结构的影响

时间:2017-12-22 16:35:30  来源:  作者:崔 崇,叶福兴,魏海宏

 

0、前言:

热喷涂层具有典型的层状结构,其粒子与粒子之间的搭接,层与层之间的搭接以及不同类型的孔洞在涂层中的分布等的微观组织特点,将赋予涂层特定的宏观性能。等离子喷涂工艺参数较多,对涂层的组织结构有着复杂的影响。姜超平通过研究得出等离子喷涂功率越高,Fe 基涂层非晶含量越少的结论;殷秀银等研究得出 FeCrBSi 涂层与 Q235 基体结合强度最大的等离子工艺参数;黄晨光等通过数值模拟的方法研究了等离子喷涂工艺参数与涂层细观结构的联系。刘洛夫等通过正交实验研究了等离子喷涂参数对 Fe 基非晶涂层性能的影响。本文通过合理安排实验方案,分别对电流、电压和喷涂距离这三个主要参数对 Fe 基非晶涂层微观组织结构的影响规律进行更加细致深入的研究。

1.实验材料及方法

1.1实验材料

本实验采用的粉末标称化学成分为W8-10%,Cr4-6%,Ni3%,Mo3%,Si3-5%,B3-5%,余量为Fe.具有大原子半径差的多组元合金系有利于形成非晶态的涂层。该粉末微观形貌为近似椭球状,粒度为 10~45µm,由于粉末颗粒表面积大,使其受热充分,在较低的喷涂功率下,能达到更好的熔融效果。

本实验采用的等离子喷涂设备为 APS-2000 型80kW 级高能等离子喷涂系统。喷涂基体为 50mm×50mm×4mm 的 Q235 钢板,在经喷砂粗化处理后的基体表面进行等离子喷涂实验。喷涂过程中用压缩空气对基体表面进行连续冷却。

1.2喷涂工艺与测试方法

选择电流、电压和喷涂距离为影响因素,每个因素选取 5 个水平,采取固定两个因素,改变另一个因素的方案进行实验。在实验过程中拍摄不同喷涂参数下等离子弧的外观照片。

采用 OLYMPUS GX51 大型卧式金相显微镜观察涂层断面微观组织,并利用 PhotoShop 软件计算涂层孔隙率;通过 MHV2000 型数字显微硬度仪测定涂层的显微硬度;通过 PhilipsX 'PertM PD 型 X射线衍射仪测定涂层物相组成。

2.结论

根据实验数据和分析结果,本次研究得出以下结论:

(1)通过等离子喷涂技术制备了结构致密,组织均匀,非晶含量很高的 Fe 基非晶合金涂层;

(2)随等离子喷涂功率或者喷涂距离的的增大,涂层的孔隙率先逐渐减小,后逐渐增大。喷涂功率为 30.25kW,喷涂距离为 110mm 时所制备的 Fe 基非晶合金涂层孔隙率为 1.19%,显微硬度为717HV0.1;

        (3)在等离子输入功率一定时,采用较高的喷涂电压将获得孔隙率更低的 Fe 基非晶涂层。


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