铁基非晶合金涂层的等离子喷涂工艺及其组织性能研究

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1、摘要本文采用等离子喷涂技术，制备了含Fe、Cr、Mo、Ni、P、Si、B的Fe基非晶合金涂层。利用显微硬度计、金相显微镜、扫描电子显微镜、x射线衍射仪、电化学工作站、差示扫描量热仪、磨损试验机等分析测试设备对涂层的组织结构与性能进行了研究。以涂层的孔隙率和显微硬度为指标，研究了喷涂工艺参数对涂层性能的影响规律，并在此基础上设计正交试验，获得最优工艺参数为：喷涂电流为550A，主气流量为40L／min，喷涂电压为60V，喷涂距离为100mm，对应的涂层孔隙率和显微硬度分别为0．89％和831．9HVo．1，获得了具有极高非晶化程度的合金涂层，此时涂层的组织结构均匀，

2、由变形扁平粒子、熔化的颗粒和未熔化的颗粒以及孔隙、裂纹等缺陷组成的波浪状多层组织，涂层与基体之间以机械结合为主。非晶合金涂层的晶化温度区间为552℃～620℃，涂层在550℃以下进行热处理未发生晶化转变，在550℃～800℃热处理时，涂层逐渐晶化，首先析出口一Fe，然后析出Ni3P、Crl．2Nio．8P和口．Fe，至800。C时完全晶化为FeNizP、Fe3Bo．8Po．18和Fe．Ni固溶体，晶粒长大。涂层截面显微硬度在不同热处理条件下的统计分析表明，涂层显微硬度呈正态和对数正态分布，在500℃以下热处理时，涂层的硬度值随保温时间的延长和温度的升高而呈上升趋势

3、。涂层在500℃保温2h后的硬度最大达879HVol。．Fe基非晶合金涂层在lmol／L的H2S04、10％NaOH和3．5％NaCI溶液中都经历了活性溶解．钝化．过钝化的过程，涂层在三种腐蚀介质中的腐蚀电流密度i一和钝化电流密度密度iD均低于不锈钢，涂层经抛光后的腐蚀速度大大降低。涂层在NaOH中的耐腐蚀性能最强，其次为NaCI，在HCI中的耐腐蚀性能最差。热处理对涂层的耐腐蚀性能影响不大。涂层显微硬度随压入载荷的增加而降低，存在压痕尺寸效应，涂层断裂韧度KIc的平均值为2．9487MPa．m¨2，优于铁基块体非晶；非晶合金涂层的耐磨损性能较好。基于以上分析表明

4、，本试验采用等离子喷涂工艺，在正交试验分析的基础上制各了致密、硬度高、耐腐蚀耐磨损性能良好的Fe基非晶合金涂层。关键词：铁基非晶合金涂层；等离子喷涂；孔隙率；显微硬度；耐腐蚀ABSTRACTAccordingtothisresearch，Fe-basedamorphousalloycoating(containingCr，Mo，Ni，P，B，Si)wasdepositedbyairplasmaspraying(APS)technique．ThepropertiesofthecoatingwasinvestigatedbymeansofMicrohardnessTe

5、ster,OpticalMetallographicMicroscopy(OM)，X-rayDiffraction(XRD)，ScanningElectronMicroscopr(SEM)，DifferentialScanningCalorimentry(Dsc)，CorrosionandWearresistanceexperiments．Thecorrelationsbetweensprayingparametersandtheperformanceofas—sprayedcoatingorientedinmicrohardnessandporositywass

6、tudied．Throughorthogonalexperimentaldesign，theoptimizedparameterswereobtained．WhentheArflowratewas40L／min，currentwas550A，arcvoltagewas60Vandstand-offdistancewas100mm，theporosityofcoatingwasaslowasO．89％，themicrohardnesswasashighas831．9HV0．1．Adense，homogeneousandlamellurcoatingwithhighf

7、ractionofamorphousphasewasobtained，whichwascomposedofdeformedstripshapedparticles，un-meltedparticles，someporosityandcracks．Itwasfoundthatthesubstrateandthecoatingwasmainlymechanicalbonding．TheDSCshowedthatthecrystallizationtemperatureofcoatingbeganat552"Candendedat620"(2．AccordingtoXR

8、Dpatt