等離子熔覆ZrB2-ZrC-Fe復合涂層組織及耐磨性.pdf

1、ZrB2、ZrC熔點高、密度小、硬度高、抗熱沖擊性好，熱導率高，以ZrB2、ZrC增強的金屬基復合涂層在切削刀具、耐火材料、耐磨部件及航空航天等領域有著廣泛的應用前景，等離子熔覆技術憑借其優(yōu)良的表面強化效果、工藝操作簡單靈活和低廉的加工成本等優(yōu)點，經過多年的研究已逐漸發(fā)展成熟，采用等離子熔覆技術，在鋼鐵表面制備陶瓷增強的金屬基復合涂層，可以大幅提高鋼材的表面耐磨性，延長材料的使用壽命，節(jié)約材料和生產成本。
　　本文在國家863計劃

2、課題（耐磨蝕組合涂層等離子熔射制備及表征技術，2015AA034404）支持下，以Fe、Zr、B4C和SiC粉末為原料，采用等離子熔覆技術在Q235鋼基體表面制備ZrB2和ZrC為增強相的鐵基復合涂層。分析了涂層的物相組成和顯微組織，測試了涂層的顯微硬度和耐磨性，研究了不同Zr+B4C添加量，不同熔覆電流和原始粉末中SiC添加量的不同對增強相形態(tài)、數(shù)量、尺寸及分布的影響，探討了ZrB2-ZrC涂層組織演化的過程和耐磨機理，為等離子熔覆技

3、術的應用提供依據(jù)。主要研究結果如下：
　　(1)以Fe、Zr、B4C和SiC粉末為原料，采用等離子熔覆技術分別通過改變原始粉末中Zr+B4C添加量、等離子熔覆電流和原始粉末中SiC的添加量，在Q235鋼基體表面成功制備了ZrB2和ZrC為增強相的鐵基復合涂層，涂層與Q235鋼基體之間結合致密，沒有裂紋，氣孔，夾雜等缺陷，呈現(xiàn)良好的冶金結合。
　　(2)當改變原始粉末中 Zr+B4C添加量時，熔覆涂層物相由 ZrB2、α-Fe

4、、ZrC、Fe2B和Fe3C組成；涂層中原位合成的ZrB2呈現(xiàn)針棒狀，花瓣狀，ZrC呈現(xiàn)顆粒狀，隨原始粉末中Zr+B4C含量的增加，ZrB2和 ZrC含量增加，尺寸變大；熔覆涂層的顯微硬度和耐磨性較Q235鋼基體有了顯著的提高，顯微硬度最高可達基體的7.3倍，耐磨性最高可達基體的5.45倍；涂層的磨損方式以磨粒磨損為主，斷裂方式以穿晶斷裂為主。
　　(3)當改變熔覆電流時，涂層主要物相為ZrB2、α-Fe、ZrC，其余含有一定量的

5、Fe2B、Fe3C，當熔覆電流為110A，120A時，還存在少量ZrO2，隨著熔覆電流的增大，ZrO2的含量有所增加；ZrB2-ZrC/Fe涂層中原位合成的ZrB2呈現(xiàn)針棒狀，花瓣狀，ZrC呈現(xiàn)顆粒狀，隨熔覆電流的增大，ZrB2和 ZrC增強相的尺寸有逐漸粗大化的趨勢，涂層的成型性變差；ZrB2-ZrC/Fe涂層的顯微硬度較Q235鋼基體有了顯著的提高，隨熔覆電流的增大，涂層的顯微硬度逐漸降低；ZrB2-ZrC/Fe涂層的耐磨性是Q23

6、5鋼基體耐磨性的3~5倍，隨熔覆電流的增大，ZrB2-ZrC/Fe涂層的耐磨性逐漸變差，ZrB2-ZrC/Fe涂層的磨損方式逐漸由磨粒磨損轉變?yōu)槟チＤp和剝層磨損的混合磨損。
　　(4)當改變原始粉末中SiC的添加量時，涂層主要物相為ZrB2、α-Fe、ZrC，其余含有一定量的ZrO2、Fe2B、Fe3C、Fe3Si和微量的SiO2；ZrB2-ZrC/Fe涂層中原位合成的ZrB2呈現(xiàn)針棒狀，花瓣狀，ZrC呈現(xiàn)顆粒狀，ZrO2呈現(xiàn)白