铁基非晶涂层的制备及性能研究

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非晶合金由于原子排列无序,没有晶界、位错等晶体缺陷,具有高硬度和优异的耐蚀性、耐磨性。但是非晶合金成形能力差和固有的脆性限制了其作为耐磨耐蚀材料的应用。制备非晶涂层有效解决这一问题,尤其是铁基非晶玻璃成形能力高和成本较低。本文分别采用电子束和电阻缝焊技术熔覆Fe23.8Co3.8Cr9.3Mo4.7C40B17.8Y0.6非晶粉末,在304不锈钢基体表面制备了铁基非晶涂层。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对涂层的相组成进行了分析;分别采用显微硬度计、纳米压痕计、电化学实验设备和摩擦磨损实验机对涂层的显微硬度、耐蚀性和耐磨性进行了分析。采用WC/铁基非晶混合粉末,通过电子束熔覆技术制备了耐磨耐蚀涂层,研究了WC含量对涂层组织和性能的影响规律,揭示了涂层的耐磨耐蚀机理,阐明了非晶粉末在电子束熔覆下的晶化机理。研究结果表明:由于电子束高能量密度造成了基体的稀释和WC熔解,改变了原有非晶组分,形成主要由FCC相组成的中熵合金涂层。随着WC含量的增加,涂层中裂纹逐渐减少,当WC含量30%时,裂纹消失。涂层的硬度和耐磨性随着WC含量的增加而提高,在WC为30%时,涂层耐磨性最好,磨损率为4.42×10-6 mm~3/N·m,相对于基体提高了2倍,涂层磨损机理由粘着磨损逐渐转变为磨粒磨损。所有涂层的耐蚀性均优于304不锈钢,当WC含量为10%时,涂层耐蚀性最优。采用铁基非晶粉末,通过电阻缝焊技术成功制备了铁基非晶涂层,研究了焊接电流对涂层硬度、磨损和腐蚀行为的影响规律。同时,通过表征涂层焊接温度和粉末的微观结构变化揭示了涂层的形成及晶化机理。研究结果表明:涂层中含大量的非晶相及少量的M23C6、Fe3C、α-Fe结晶相。在焊接电流为24 A时,焊接温度约为750 K,形成致密的非晶涂层,在焊接电流30A时,焊接温度达到990 K,涂层晶化严重;随着焊接电流的增加,涂层中的非晶率降低,导致涂层的硬度、耐磨性和耐腐蚀性降低。性能最佳的涂层硬度和磨损率分别达到1280HV0.1和2.17×10-6 mm~3/N·m,优于其他传统方法制备的非晶涂层,同时相对于基体,硬度和耐磨性分别提高6.4倍和17.9倍。涂层均为磨粒磨损和疲劳磨损,磨损主要发生在晶化区。涂层耐蚀性优于304不锈钢基体,腐蚀主要发生在结晶相中的贫Cr区。
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