电弧喷涂粉芯丝材及其涂层的磨损特性研究

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1、摘要本研究设计了几种耐磨粒磨损和抗高温冲蚀磨损的涂层体系。采用低碳钢带、镍带包覆一定粒度的合金粉、Cr3C2陶瓷粉获得用于电弧喷涂的粉芯丝材。测试了喷涂层的结合强度、硬度以及抗热震性能。通过扫描电子显微镜(SEM)、x．射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)等分析手段研究了喷涂层的微观结构，并研究了稀土元素对FeNiBCrSi系涂层的抗磨粒磨损性能的影响，以及MC系和镍基喷涂层的高温冲蚀磨损特性及机理，对喷涂层在温度为650℃的热腐蚀行为进行了研究，为研制的几种热喷粉芯丝材的工业应用奠定了理论基础。本研究获得的主要成果如下：采用含自熔合金的成分，设计了FeNiBCrSi涂层体系，

2、并添加了一定量的稀土元素。结果表明：涂层的结合强度较高(大于57MPa)，稀土对提高涂层结合强度的作用不明显。稀土能提高涂层的硬度，稀土添加量对提高涂层硬度的最佳范围约为O5％～1O％。稀土能提高涂层的耐磨性，稀土对耐磨性的提高与稀土的含量不是线性关系，稀土含量大于O．7％后，耐磨性稍有下降之后趋于稳定。添加稀土提高涂层耐磨性的机理是稀土提高了涂层的塑性和硬度，增强了硬质相与基体之问的结合强度，并且对硬质相形成元素硼进行了有效保护，极大地提高了硼的过渡系数，进而改善了涂层抗磨损性能。含稀土的涂层在磨粒磨损过程中磨损机理为多次塑性变形导致断裂。此外，还发现了涂层磨损后其硬度都有所提

3、高，其中稀土含量大于O．7％的涂层硬度提高幅度较大。热处理对不含稀土涂层的显微硬度有影响，在650。C以下时，随着热处理温度的提高，显微硬度有所提高。而对含稀土的涂层影响不大。综合涂层的抗磨粒磨损性能、抗热腐蚀性能及抗热震性能，得出含稀土元素为1．5％的B15配方综合性能最佳。研究了用于抗高温冲蚀磨损和热腐蚀的MC系(Fe／Cr3C2)金属陶瓷电弧喷涂防护涂层。通过系统研究电弧喷涂MC系(Fe／Cr3C2)涂层的高温冲蚀性能，探讨金属陶瓷涂层组织结构对其高温冲蚀性能的影响。获得了结合强度较高(>60MPa)、显微硬度高、抗热震性能及抗高温冲蚀磨损性能好的MC2防护涂层。MC系涂层

4、的高温冲蚀磨损行为以塑性冲蚀磨损为主。通过用纯镍带包覆预制的Cr．B．Si粉以及Cr、Cr3C2、少量B-Fe粉获得两神北泵工业大学工学博士学位论文新型热喷涂粉芯丝材。研究了电弧喷涂镍基粉芯丝材及市售PS45高镍铬合金实心丝材喷涂层的结合强度、显微组织、相组成、显微硬度、热震性能和高温冲蚀磨损行为。结果表明：涂层具有较高的结合强度、硬度和良好的抗热震性能。在刁i同温度下，磨粒量对同种涂层会有不同的影响，650℃时NiCrBSi、Ni／Cr3C2涂层的抗冲蚀磨损性较好；750℃时Ni／Cr3C2涂层的抗冲蚀磨损性较好。镍基涂层的冲蚀率在600攻角时出现峰值。研究了涂层在650℃时的

5、热腐蚀性能，研究涂层组织与热腐蚀性能之间的关系，并探讨涂层的热腐蚀机理。在FeNiBCrSi涂层中，稀土能抑止氧化膜的增长速度，能增强氧化膜的粘着力。MC系涂层的抗高温热腐蚀性能较好。镍基涂层涂盐条件下涂层没有发生热腐蚀反应，仍以氧化反应为主，具有较好的抗热腐蚀性能。通过对某电厂锅炉水冷壁爆管后送检炉管的分析测试，表明该炉管的减薄不以腐蚀为主，而可能是冲蚀磨损为主并佯有部分腐蚀或高温氧化所致。所研制的几种电弧喷涂粉芯丝材，在某些燃煤电站锅炉“四管”上得到成功应用，证明了其喷涂层能对锅炉管道起到较好的防护作用。关键词粉芯丝材；电弧喷涂：磨损；热腐蚀；稀土元素AbstractSeve

6、ralcoatingsysterosagainstabrasivewearanderosivewearatelevatedtemperatureshavebeendesignedinthisdissertation．Coredwiresforarcsprayingwerefabricatedbyusinglow—carbonsteelandnickelsheathstoholdthealicy—powders，andCr。C2ceramicpowders．Adhesivestrength，hardnessandthethermalshockresistanceofspraying

7、coatingweretested．Coatingmicrostructureswereassessedusingscanningelectronmicroscopy(SEM)，X-raydiffraction(XRD)，andenergydispersigespectrometry(EDS)．TheeffectofrareearthelementsonabrasivewearofFeNiBCrSicoatingwasinvestigated．Characteristiesand