等離子熔覆ZrB2-ZrC-Fe復(fù)合涂層組織及耐磨性.pdf

1、ZrB2、ZrC熔點(diǎn)高、密度小、硬度高、抗熱沖擊性好，熱導(dǎo)率高，以ZrB2、ZrC增強(qiáng)的金屬基復(fù)合涂層在切削刀具、耐火材料、耐磨部件及航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，等離子熔覆技術(shù)憑借其優(yōu)良的表面強(qiáng)化效果、工藝操作簡(jiǎn)單靈活和低廉的加工成本等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過多年的研究已逐漸發(fā)展成熟，采用等離子熔覆技術(shù)，在鋼鐵表面制備陶瓷增強(qiáng)的金屬基復(fù)合涂層，可以大幅提高鋼材的表面耐磨性，延長(zhǎng)材料的使用壽命，節(jié)約材料和生產(chǎn)成本。
　　本文在國家863計(jì)劃

2、課題（耐磨蝕組合涂層等離子熔射制備及表征技術(shù)，2015AA034404）支持下，以Fe、Zr、B4C和SiC粉末為原料，采用等離子熔覆技術(shù)在Q235鋼基體表面制備ZrB2和ZrC為增強(qiáng)相的鐵基復(fù)合涂層。分析了涂層的物相組成和顯微組織，測(cè)試了涂層的顯微硬度和耐磨性，研究了不同Zr+B4C添加量，不同熔覆電流和原始粉末中SiC添加量的不同對(duì)增強(qiáng)相形態(tài)、數(shù)量、尺寸及分布的影響，探討了ZrB2-ZrC涂層組織演化的過程和耐磨機(jī)理，為等離子熔覆技

3、術(shù)的應(yīng)用提供依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：
　　(1)以Fe、Zr、B4C和SiC粉末為原料，采用等離子熔覆技術(shù)分別通過改變?cè)挤勰┲衂r+B4C添加量、等離子熔覆電流和原始粉末中SiC的添加量，在Q235鋼基體表面成功制備了ZrB2和ZrC為增強(qiáng)相的鐵基復(fù)合涂層，涂層與Q235鋼基體之間結(jié)合致密，沒有裂紋，氣孔，夾雜等缺陷，呈現(xiàn)良好的冶金結(jié)合。
　　(2)當(dāng)改變?cè)挤勰┲?Zr+B4C添加量時(shí)，熔覆涂層物相由 ZrB2、α-Fe

4、、ZrC、Fe2B和Fe3C組成；涂層中原位合成的ZrB2呈現(xiàn)針棒狀，花瓣?duì)?，ZrC呈現(xiàn)顆粒狀，隨原始粉末中Zr+B4C含量的增加，ZrB2和 ZrC含量增加，尺寸變大；熔覆涂層的顯微硬度和耐磨性較Q235鋼基體有了顯著的提高，顯微硬度最高可達(dá)基體的7.3倍，耐磨性最高可達(dá)基體的5.45倍；涂層的磨損方式以磨粒磨損為主，斷裂方式以穿晶斷裂為主。
　　(3)當(dāng)改變?nèi)鄹搽娏鲿r(shí)，涂層主要物相為ZrB2、α-Fe、ZrC，其余含有一定量的

5、Fe2B、Fe3C，當(dāng)熔覆電流為110A，120A時(shí)，還存在少量ZrO2，隨著熔覆電流的增大，ZrO2的含量有所增加；ZrB2-ZrC/Fe涂層中原位合成的ZrB2呈現(xiàn)針棒狀，花瓣?duì)?，ZrC呈現(xiàn)顆粒狀，隨熔覆電流的增大，ZrB2和 ZrC增強(qiáng)相的尺寸有逐漸粗大化的趨勢(shì)，涂層的成型性變差；ZrB2-ZrC/Fe涂層的顯微硬度較Q235鋼基體有了顯著的提高，隨熔覆電流的增大，涂層的顯微硬度逐漸降低；ZrB2-ZrC/Fe涂層的耐磨性是Q23

6、5鋼基體耐磨性的3~5倍，隨熔覆電流的增大，ZrB2-ZrC/Fe涂層的耐磨性逐漸變差，ZrB2-ZrC/Fe涂層的磨損方式逐漸由磨粒磨損轉(zhuǎn)變?yōu)槟チＤp和剝層磨損的混合磨損。
　　(4)當(dāng)改變?cè)挤勰┲蠸iC的添加量時(shí)，涂層主要物相為ZrB2、α-Fe、ZrC，其余含有一定量的ZrO2、Fe2B、Fe3C、Fe3Si和微量的SiO2；ZrB2-ZrC/Fe涂層中原位合成的ZrB2呈現(xiàn)針棒狀，花瓣?duì)睿琙rC呈現(xiàn)顆粒狀，ZrO2呈現(xiàn)白