气雾化铁基非晶合金粉末的工艺优化与性能评价

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铁基非晶合金以其优异的耐磨、耐蚀性能而备受关注,尤其在以合金粉末为原材料的热喷涂、激光熔覆等表面防护领域应用广泛,而粉体材料性能的优劣对能否制备高质量铁基非晶涂层至关重要。气雾化法作为一种高效的粉末制备方法,被广泛应用于各类金属粉末的制备中,但是,在实际生产过程中,采用该方法制备的粉末存在诸多问题,例如:细粉收得率低、粒度分布范围不集中、非晶含量低、空心粉现象严重等,无法满足高性能涂层制备的需求。本文针对上述关键问题,以非晶形成能力较高的FeCrMoMnWBCSi合金为研究对象,利用气雾化法制备铁基非晶合金粉末,借助光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射分析仪(XRD)等测试手段,系统研究气雾化工艺参数与铁基非晶合金粉末性能之间的协同关系,基于熔体破碎理论分析与实验验证相结合,揭示影响Fe基非晶合金粉末性能的主要控制因素,澄清铁基非晶粉末的晶化方式,阐明铁基非晶的晶化动力学行为。主要结论如下:(1)雾化压力、熔体过热度、气液质量流量比与铁基非晶合金粉末的细粉收得率呈正比关系,而与中值粒径(d50))呈反比关系。研究结果表明:当雾化压力由4.5MPa增大至5.0MPa,过热度由300℃增大至350℃,且导流管直径由5.0mm减小至4.5mm时,粉末的中值粒径由62.51μm减小至48.12μm,而细粉收得率(18~45μm)由28.6%增大至43.1%。(2)铁基非晶合金粉末晶化的转变尺寸为18μm。当粉末粒径大于18μm时,粉末出现部分晶化,晶化相依次为α-Fe、Fe2C、M23C6以及未知氧化物;DSC曲线拟合结果表明:铁基非晶合金粉末的临界冷却速率为110K/s;采用Kissinger方法计算,合金的玻璃转变温度、晶化开始温度、特征晶化峰值温度处的晶化激活能分别为 279.75KJ/mol、191.31 KJ/mol、243.04 KJ/mol、297.75 KJ/mol、255.24 KJ/mol;非等温下Avrami指数的计算结果表明:合金中晶体相的生长机制为体形核、二维或三维长大机制。(3)通过图像分析法统计粉末的空心粉率,结果表明:空心粉率随粉末粒径的增大而增加。其中,单个粉末的空腔占比约为30%~50%,但18μm以下的微细粉末中几乎没有空心粉的存在。
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