含非晶涂层制备及其晶化规律研究

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1、摘要本文从非晶合金成分设计和喷涂工艺参数优化两方面出发，研究了喷涂过程中合金元素对Fe．(Cr，Ni)．(C，B)合金系非晶形成能力的影响机制及规律；在优化工艺参数条件下制备了不同非晶含量的Fe基非晶合金涂层，建立了非晶相含量与涂层微结构特征的影响关系，并研究了非晶合金涂层的摩擦磨损与磨粒磨损行为及其相应的磨损机理。探讨了不同退火温度下Fe基非晶合金涂层微结构的演化机制，及其对涂层组织及性能的影响。主要研究结果如下：采用电弧喷涂方法制备非晶涂层，涂层中非晶含量最高可达65．3％。涂层的最佳喷涂工艺参数为：喷涂电流180A，喷涂电压32

2、V，压缩空气压力O．55MPa，喷涂距离100mm。在优化喷涂工艺参数条件下制备了不同非晶相含量的Fe基非晶涂层，涂层由变形良好的扁平化粒子相互搭接堆积而成，呈典型的层状结构形貌，通过图像分析软件测量涂层孔隙率在1．80．2．75％范围内。制备的非晶涂层显微硬度超过1100HVo．1，结合强度可达69MPa，高于常见材料电弧喷涂涂层的结合强度(30．50MPa)。涂层耐磨粒磨损性能约为Q235钢的15倍以上，主要磨损机制为涂层脆性断裂和硬质相脆性剥落；涂层摩擦磨损过程中保持较低的摩擦系数，随非晶含量的提高摩擦系数逐渐减小，在经过390

3、0米摩擦磨损测试后，其磨损量仅为Q235钢的5．2％．10％，涂层的摩擦磨损机制主要以疲劳断裂为主。随涂层中非晶含量增加，涂层耐磨粒磨损与耐摩擦磨损性能增加。非晶涂层在400℃、500℃预热处理过程中，涂层中非晶相组织只发生结构驰豫，仍保持非晶合金的结构状态。在600"C热处理过程中涂层中非晶相完全晶化，晶化析出相主要为富Fe相和Fe23(C，B)6等硼化物硬质相。在700。C．900。C热处理时，保温4小时，涂层中晶化相晶粒缓慢长大，晶粒尺寸始终保持在纳米晶范围内。涂层在热处理过程中逐步致密化，孔隙率降低。涂层在非晶晶化前，随着热处

4、理温度上升，显微硬度增加，耐磨粒磨损和摩擦磨损性能缓慢下降；热处理温度达到600。C时，涂层完全晶化，之后随着热处理温度的上升，涂层显微硬度缓慢下降，耐磨粒磨损和摩擦磨损性能趋于稳定。北京工业大学工学博士学位论文关键词：非晶涂层：电弧喷涂；性能；晶化；ABSTRACTTheeffectofalloycomponentsontheFe-(Cr,Ni)-(C，B)amorphousalloy’Sglassformingcapabilityduringarcsprayingprocesswasinvistigatedbasedonthede

5、signamorphousalloysystemandparametersoptimizationofcoatingprocess．TheFe—basedamorphousalloycoatings、杭t11differentcontentofamorphousphasewerepreparedbyarcsprayingusingtheoptimizedprocessparameters．Therelationshipbetweenamorphouscontentandmicrostructureofthecoatingswasest

6、ablished，thetribologyandabrasiveweal"behavioroftheamorphousalloycoatingswerestudiedindetail．Furthermore，themicrostructuresevolutionandthewearperformanceoftheamorphousalloycoatingsduringannealedatdifferenttemperaturesWasdiscussed．Themajorresultsaresummarizedasfollows：The

7、amorphouscoatingswerepreparedbyarcsprayingtechnology,thehighestamorphouscontentattainable65．3％．TheoptimizationarCsprayingparametersare：current：180A；voltage：32V．airpressure：O．55MPa；distance：100ram．Fe-basedcoatings、柝t11differentamorphouscontentwerepreparedbyarcsprayingtec

8、hnologyundertheoptimizationprocessingparameters，Thecoatingconsistsofnumerousflattenedlamellaeparalleltothesubs