Fe基非晶复合涂层的制备及性能研究

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与传统的晶态合金材料相比,非晶合金具有优良特性。将非晶合金作为涂层材料,应用于材料表面技术领域,即制备大面积厚度可控的非晶涂层,可突破非晶合金尺寸上的限制,又可充分发挥非晶合金优异的性能,起到防护作用,拓展非晶材料的应用范围。但因非晶韧性差,非晶涂层在使用过程中容易剥落现象,导致其防护效果降低。本文利用喷雾造粒及等离子喷涂技术,在Fe基非晶的基础上分别添加了Ti N陶瓷和石墨烯,成功制得复合涂层,进一步提高了涂层的耐磨耐蚀性能。本文优化得到了复合涂层的制备工艺;系统地研究了添加相对复合涂层性能的影响。基于Ti N陶瓷熔点高,高温易分解的特点,对于Ti N陶瓷/Fe基复合涂层的制备,我们采用Ti H2粉包覆Fe基非晶粉作为喷涂喂料粉。Ti H2粉在等离子喷涂过程中首先发生脱氢反应,然后Ti与N2反应生成Ti N陶瓷相,Ti-N2属于燃烧合成反应,会释放出大量的反应热有助于形成熔化良好、组织均匀、结合良好的层状Ti N/Fe基非晶复合涂层。Ti N作为增强相不仅能提高涂层的结合强度,还可增强其致密度,降低孔隙率。加入Ti N增强相的Ti N/Fe基非晶复合涂层的耐磨性得到有效提升,其中15%Ti N/Fe基非晶复合涂层的磨损率最小。Ti N/Fe基非晶复合涂层的耐蚀性主要与孔隙率有关,其中15%Ti N/Fe基非晶复合涂层的孔隙最少,耐蚀性最好,腐蚀抑制效率最高,腐蚀坑比Fe基非晶涂层表面的腐蚀坑小。此外,本文还研究了具有高硬度,较高耐磨性能和耐蚀性能的石墨烯作为添加相对涂层性能的影响。由于石墨烯密度小,不易喷涂,所以选择金属Cu作为载体将G和Fe基非晶粉同时被送入喷涂火焰中。本文利用喷雾造粒技术和高温热还原法制备出了G(石墨烯)/Cu复合粉,将复合粉与Fe基非晶粉机械混合后作为喷涂喂料粉,利用等离子喷涂技术制备了不同G含量的G/Cu/Fe基非晶复合涂层。研究了G/Cu/Fe基非晶复合涂层的组织结构、力学性能、耐磨性能、耐蚀性能。研究结果表明,加入G和Cu增强相后的G/Cu/Fe基非晶复合涂层与单一的Fe基非晶涂层相比,其硬度、减摩性能和耐蚀性都有所提高。
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