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1、第24卷第2期摩擦学学报Vol24,No22004年3月TRIBOLOGYMarch,2004高速电弧喷涂Fe2Al涂层的高温磨损特性11121朱子新,徐滨士,马世宁,刘维民,张伟(1.装甲兵工程学院再制造技术国防科技重点实验室,北京100072;2.中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,甘肃兰州730000)摘要:采用滑动磨损试验方法考察了高速电弧喷涂Fe2Al金属间化合物涂层与Si3N4陶瓷球配副在室温～650℃下的摩擦磨损特性,并探讨了涂层的高温摩擦磨损机理.结果表明,随着试验温度的升高,Fe2Al涂层的摩擦系数降低,耐磨性明显提高.在高温下涂层滑动摩擦系
2、数降低的主要原因在于磨损表面发生摩擦氧化反应,从而形成具有固体润滑作用的氧化物保护层,涂层在高温下主要呈现剥层磨损特征,涂层组分Fe3Al和FeAl金属间化合物的高温强度和硬度较高,能有效地阻碍裂纹的产生、扩展及扁平颗粒的断裂,从而使得Fe2Al涂层表现出优异的高温耐磨性.关键词:高速电弧喷涂;Fe2Al金属间化合物;涂层;高温磨损性能中图分类号:TG174.442文献标识码:A文章编号:100420595(2004)0220106205采用优质、高效、低成本的高速电弧喷涂技术进行摩擦磨损试验,采用球2盘接触方式,上试样为φ(HVAS)制备的Fe2Al金属间化合物涂层具有较高
3、的3mm的烧结Si3N4球,硬度为1590HV300.下试样为结合强度和硬度、较低的密度和孔隙率、优异的耐高#φ25mm×7.6mm的20钢基体,表面经高速电弧[1～3]温氧化能力及耐磨损性,可望用作电厂锅炉管喷涂后经磨削加工,涂层试样最终尺寸为φ25mm×道受热面和汽轮机叶片等高温腐蚀/磨损环境下服役8mm,表面粗糙度Ra为0.4～0.6μm.,涂层厚度为零部件的防护涂层.0.4mm.试验条件:大气,干摩擦,相对湿度为30%,本文作者用滑动磨损试验方法考察了高速电弧温度分别为室温(23℃)、300℃、450℃、550℃以及喷涂Fe2Al涂层与Si3N4陶瓷球配副在室温～65
4、0℃650℃,滑动速度为0.8m/s,载荷为5N,滑动距离下的摩擦磨损特性,并采用扫描电子显微镜(SEM)500m.将试样加热到设定试验温度并保温30min后以及能量色散谱仪(EDS)等分析了涂层的高温摩擦开始试验.试验前,试样经丙酮超声清洗10min.摩磨损机理.擦系数变化由计算机监控,采样频率为1Hz.以体积磨损率评价涂层的耐磨性.摩擦系数和磨损率均取31实验部分个试样的平均值.1.1涂层制备1.3磨损表面形貌分析采用φ3mm的粉芯丝材制备Fe2Al涂层.粉芯用配置EDS的CSM2950型和PhilipsXL30型扫丝材的外皮选用08F高级优质带钢,主要填充粉体描电子显微
5、镜(SEM)观察分析涂层试样截面显微组#为Al、少量Cr及稀土元素.基材20钢试样的尺寸为织形貌、涂层化学成分及磨痕形貌.用PhilipsX’Pertφ25mm×7.6mm.用CDMAS300系统和自行研制MPD型X射线衍射仪(XRD)分析涂层的相组成,用的HAS201型高速喷枪进行高速电弧喷涂.经优化的胶粘拉伸法测试涂层的结合强度.采用ΠMT23型显[4]喷涂工艺参数:喷涂电压为32V,喷涂电流为180微硬度计测定涂层截面显微硬度HV0.1.采用Olym2A,压缩空气压力0.43MPa,喷涂距离300mm.pusPMG3型金相显微镜和ISA4型图像分析系统测1.2摩擦磨损试
6、验量涂层的孔隙率.采用Talysurf26型表面轮廓仪测定采用瑞士产THT072135型高温摩擦磨损试验机涂层试样的磨痕截面积.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50235030,50005024);中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室开放基金资助项目(2001).收稿日期:2003205219;修回日期:2003209223/联系人朱子新,e2mail:zhuzx@eyou.com.作者简介:朱子新,男,1968年生,博士,副教授,目前主要从事热喷涂层组织和性能研究.第2期朱子新等:高速电弧喷涂Fe2Al涂层的高温磨损特性1072.2高温摩擦磨损特性2结果与
7、讨论#图3(a)示出了Fe2Al涂层试样和20钢底材试2.1组织结构及力学性能图1示出了高速电弧喷涂Fe2Al涂层的XRD图(a)Frictioncoefficientvs.slidingdistanceFig1XRDspectraoftheFe2Alcoating图1Fe2Al涂层的XRD图谱谱.可以看出,涂层主要由Fe2Al金属间化合物(Fe3Al、FeAl)、α相、Al2O3及少量Al等组成.图2示(b)Frictioncoefficientvs.testingtemperatureFig3Var
