超音速火焰喷涂制备Fe基非晶合金涂层的组织与腐蚀性能研究

采用超音速火焰喷涂技术制备了Fe基非晶涂层,通过激光粒度分析仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等测试技术对Fe基合金粉末以及获得的Fe基涂层的形貌和显微组织结构进行了研究,结果表明,采用合适的喷涂工艺可以获得非晶态的Fe基合金涂层。Fe基非晶合金涂层的耐腐蚀性实验表明,获得的非晶合金涂层具有优异的耐腐蚀性。     

Fe基非晶合金涂层的等离子喷涂制备工艺研究

一种Fe基非晶合金粉末（含Si,B，Cr,Ni等）被用于大气等离子喷涂试验，结果表明，采用等离子喷涂工艺成功地制备出了一种高非晶含量的Fe基非晶合金涂层，涂层各区域的组织均匀一致，涂层由变形良好的带状粒子相互塔接堆积而成，涂层致密度高，孔隙率低，氧化物含量较少，并具有很高的硬度，显微硬度在530～790Hv0.1范围内，涂层与基材结合良好，结合强度可达27MPa以上，能够满足实际使用要求。     

超音速火焰喷涂制备铁基非晶合金涂层的研究现状

非晶合金的短程有序,长程无序和不存在晶界、位错等晶体缺陷等特点,使其具有较高的强度以及优异的防腐耐磨性能,从而成为一种具有广阔应用前景的新型金属材料。 然而,由于非晶合金体系本身非晶形成能力和制备技术的限制,目前难以得到具有工程意义的大尺寸块体结构材料。为了充分利用其优异的性能和扩大其应用领域,众多学者对制备非晶合金涂层展开了广泛研究。以超音速火焰喷涂为代表的热喷涂技术由于具有加工工艺简单、热输入低、喷涂材料范围大、制备的涂层耐磨耐蚀性能好等优势成为了制备非晶合金的重要方式。目前,利用超音速火焰喷涂技术制备的非晶合金涂层主要有Fe基、Ni基和Mo基等。而在众多的非晶体系中,Fe基非晶合金涂层由于其优异的性能和低廉的成本受到了广泛关注。研究者们发现,制备性能优异的Fe基非晶合金涂层不仅需要合适的制备方法,同时合金系成分的合理选择以及制备过程中工艺参数的优化能够完善非晶合金本身的优良特性,保证非晶合金具有更好的非晶形成能力并提高涂层的质量及使用性能。 目前,通过超音速火焰喷涂的涂层孔隙度通常低于2%,在使用改进型空气超音速火焰喷涂系统后可以将涂层的孔隙度降低到0.3%以内,使得涂层更致密,减少涂层浸泡在腐蚀介质中由于孔隙造成的涂层破坏,延长涂层的使用寿命。另外,在深共晶规律、电子密度规律、热力学规律等经验规律的指导下,研究者们开发了很多成分多元的Fe基合金体系,使得制备的非晶合金涂层在耐磨耐蚀等性能上都有很大提升,例如七元合金体系中的Fe₄₀Cu₈Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂在干摩擦磨损实验中,磨损量仅为相同条件下45号钢的四分之一,说明其具有优异的耐磨性能;八元合金体系中的Fe₆₃Cr₈Mo3.5Ni₅P₁₀B₄C₄Si2.5在进行3.5%(质量分数)NaCl溶液的电化学腐蚀实验后,比相同条件下304不锈钢涂层表面的腐蚀坑更少、更小,拥有更好的抗腐蚀性能。 本文对超音速火焰喷涂Fe基非晶合金的研究现状进行了综述,归纳总结了合金化学成分和喷涂参数对Fe基非晶合金涂层摩擦学性能和耐蚀性能的影响。并对超音速火焰喷涂制备性能优异的Fe基非晶合金涂层的研究前景进行了展望。     

非晶Fe基涂层的制备工艺研究

本文研究了电弧喷涂中工艺参数对非晶涂层的含量以及性能的影响,以45钢为基材,制备了不同工艺参数下的涂层。研究结果表明,利用电弧喷涂技术可以铁基体上成功制备出含非晶涂层。不同工艺参数条件下所得涂层皆存在非晶相,但所得涂层质量存在明显差异。电弧喷涂完成后,对所制备的涂层与45钢进行了摩擦磨损对比试验,结果显示,在Fe基体上制备的非晶涂层显著改善了摩擦磨损性能。     

喷涂距离对Fe基非晶涂层孔隙影响的研究

热喷涂涂层中孔隙的存在会降低涂层的耐蚀性,减少涂层寿命,而热喷涂工艺参数很大程度上影响涂层的孔隙率。本文采用计算机数值模拟和设计验证实验的分析方法,重点研究了JP-8000超音速火焰喷涂系统(HVOF)制备Fe基非晶涂层工艺参数中喷涂距离与涂层孔隙的关联性。利用商用计算软件Fluent计算平台,研究加入粉末粒子前,喷枪内火焰温度和速度的变化规律,以及加入非晶粉末后,不同喷涂距离条件下颗粒飞行过程的温度和速度的变化规律。仿真结果表明,喷涂距离为360~380 mm时,非晶粉末颗粒在撞击基板时处于半融化状态,颗粒在基板上具有良好的流动性,可获得孔隙率较低的涂层。验证实验结果与仿真结果一致。X射线衍射结果表明,粉末、不同喷涂距离所制备的涂层以及同成分的非晶条带均为完全非晶态结构。SEM和孔隙率统计结果表明,喷涂距离为370 mm时,涂层截面的孔隙较少,且孔隙率最低,为0.57%,验证了计算模拟优化的最佳喷涂距离范围。     

Fe基非晶合金涂层在晶化过程中的硬度与组织变化

对等离子喷涂含Cr，Ni，W，Mo，C，Si等合金元素的Fe-B基非晶合金涂层进行了100～730℃不同温度4h热处理试验。差热分析结果表明，涂层的急剧结晶温度在590℃附近。热处理试验结果表明，在450℃以下热处理时，涂层仍基本保持非晶态，硬度变化不大。在450～610℃之间热处理时，随温度升高，涂层逐渐晶化，析出以Fe23(C，B)6和Fe23B6相为主的硬质相和富Fe相，在590℃左右获得晶粒尺寸约为20nm纳米晶组织，涂层硬度随温度升高急剧增大，在610℃左右硬度达到最大值，约1270HV。在630～730℃之间热处理时，富Fe相逐渐成为主要相，并有Fe23(C，B)6，Fe23B6，Fe2B和FeB等多种硬质硼化物相形成，晶粒尺寸随温度升高长大并形成树枝晶，涂层硬度逐渐降低。     

用氧—乙炔火焰重熔法提高Ni—Cr—B—Si合金粉末热喷涂层的耐蚀性能

喷涂层若不经进一步的封孔处理,其耐蚀性能并不理想。用氧-乙炔火焰法对喷涂层进行重熔处理,能使涂层组织致密,孔隙率大大降低,从而使涂层的耐蚀性能明显提高。     

Fe基非晶合金粉末的研究进展

非晶合金粉末是指快冷雾化合金液滴所制得的合金粉末,其中Fe基非晶合金粉末因具有生产成本低廉和应用前景广阔等优势,一直备受青睐。同时,Fe基非晶合金粉末的应用也为块体Fe基非晶合金应用难的问题提供了一条崭新的途径。本文综述了Fe基非晶合金粉末的研究进展,对其在涂层制备、磁性材料、激光3D打印、废水处理4个方面的研究现状进行了归纳分类与总结,并分析了Fe基非晶合金粉末在各领域的应用优势。最后指出Fe基非晶合金粉末在制备高质量涂层、老化磁性粉末再利用及增材制造领域的研究方向,并展望了作为传感、控制等功能性器件的应用前景。此外,在薄膜等小尺寸、低维材料及柔性电子领域也展现出巨大的应用潜力。     

块体非晶合金及其涂层的电化学行为

采用铜模吸铸法制备了直径为2mm的Fe58Cr12Mo7C15B6Y2和直径为4mm的Fe55Cr12Mo10Cu2C13B6Y2两种块体非晶合金.利用电弧喷涂方法将相同成分的粉芯丝材喷涂在Q235基板上.对涂层进行的结构分析表明,涂层由非晶相和晶化相共同组成,涂层中含有＜2%的孔隙.涂层和块体非晶合金电化学腐蚀研究结果表明,块体非晶合金在极化过程中发生了多次钝化现象,涂层在电化学反应过程中钝化现象比较短暂.非晶样品和涂层之间电化学性能的差异与涂层成分和结构的不均匀性有关.     

Cr3C2对45钢表面超音速火焰喷涂制备的Ni基合金涂层热态抗磨损性能的影响

采用JP8000型超音速火焰喷涂设备(HVOF)在45钢基体上制备了不同Cr_3C_2含量的镍基合金涂层,利用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜及能谱仪等仪器对涂层组织进行分析,并测定其硬度;采用CFT-Ⅰ型材料表面性能综合测试仪进行摩擦磨损实验,分别测量在50℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃温度条件下各涂层的摩擦系数及磨损量。结果表明:当摩擦磨损温度在250℃以下时,镍基合金涂层的摩擦系数和磨损量由于氧化物薄膜的产生,呈现出随温度升高而下降的趋势,而温度达到250℃及以上时产生了严重的粘着磨损,磨损性能随之降低;在镍基合金中添加一定量的Cr_3C_2,可生成Cr_7C_3、CrB等多种硬质相,对涂层起到强化作用,改善了涂层在热态条件下的耐磨损性能;镍基合金中Cr_3C_2的添加量在37.5%左右时,涂层的综合性能优良。     

Fe基非晶合金涂层的多晶型晶化过程研究

等离子喷涂Fe基非晶合金涂层的晶化温度在590℃左右.在高于晶化温度热处理时,涂层首先以多晶型晶化方式直接结晶形成亚稳的Fe23(c,B)6和Fe23B6化合物相.随热处理时间延长,Fe23(C,B)6和Fe23B6相发生分解,逐渐转变为更稳定的Fe3B相和Fe固溶体相.热处理温度越高,Fe23(C,B)6相和Fe23B6相的分解转变速度越快.随热处理温度升高或时间的延长,晶化涂层的硬度呈线性降低.经590℃,4h热处理后,涂层结晶形成纳米晶组织;经660℃,4h热处理后,涂层结晶形成树枝状晶组织,随热处理温度升高,涂层中扁平状粒子间结合增强并趋于熔合,晶粒发生长大.     

基于工业合金激光熔覆制备Fe基非晶涂层

以FeCoCrMoCBY块体合金为熔覆材料,采用激光熔覆在低碳钢表面制备非晶涂层,探讨不同激光功率对涂层成形及组织的影响,通过显微硬度仪、电化学工作站测试涂层显微硬度及耐腐蚀性能。研究结果表明,其他参数不变,激光功率为17.6~20.8 W时,涂层成形良好,与基材呈典型冶金结合。随激光功率增加,涂层稀释率升高,裂纹倾向增大,非晶化程度降低。激光功率为17.6 W时,涂层主要由非晶组成,稀释率低于24.2%,结构致密,包括热影响区、熔合区和熔覆区;涂层平均显微硬度为1 330HV,约高于基材9倍,在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀性能明显优于316L不锈钢。     

非晶态Cr-C合金镀层性能及晶化过程研究

采用电沉积法制备非晶态Cr-C合金镀层,利用X射线衍射和扫描电子显微镜对镀层结构和形貌进行表征,并对镀层进行硬度、耐磨性、耐腐蚀性及热处理实验。结果表明,非晶态Cr-C合金镀层硬度、耐磨性和耐腐蚀性均明显优于普通晶态镀层;施镀态镀层硬度为997HV0.025,在300～600℃范围内发生晶化反应并析出Cr7C3、Cr23C6化合物,硬度可达1610HV0.025。     

铁基非晶及纳米晶合金纤维的研制

通过自主开发的熔融快淬炉制备出了铁基非晶合金纤维,研究了制备工艺参数对纤维几何尺寸、微观形貌的影响,结果表明:转轮线速度、线圈功率(熔体温度)及气氛等对其微观形貌和几何尺寸的影响较大,通过调整优化工艺参数可稳定地制备直径为10～40μm可调的非晶磁性纤维.通过适当热处理可得到双相纳米晶磁性合金纤维.     

电镀非晶态镍钨合金工艺研究

研究了电镀非晶态镍钨合金工艺,采用EDS、XRD等手段检测了镍钨合金镀层,并将工艺条件如电流密度Jc、镀液pH值、镀液温度等对镀层的影响进行了比较,得出非晶态镍钨合金电镀的最佳工艺:[W]/([W] [Ni])为0.6～0.8,Jc=6.0～12.0 A/dm2,温度55～65℃,pH=6.5～7.5.结果表明,W含量质量分数高于44%的镍钨合金镀层结构为非晶态;且在此工艺下易得到钨含量在44%以上的非晶态钨合金镀层.     

镍基合金喷焊层的组织特征及其对焊接裂纹敏感性的影响

利用火焰喷焊技术制备了镍基合金喷焊层，采用光学显微镜和扫描电镜研究了其组织特征，初步分析了该组织特征对喷焊层焊接裂纹敏感性的影响。结果表明，整个喷焊层由较细小的等轴晶组成，这有利于降低其焊接裂纹敏感性。喷焊层表层和基体界面处的晶粒比中部稍大，而晶界宽度则较小。传统喷焊工艺重熔不充分导致气孔比较严重，增加了焊接时的裂纹敏感性。     

具有复相组织合金镀层中纳米晶粒含量的确定

非晶基上弥散分布着金属间化合物的复相合金镀层,具有优异的耐蚀性及良好的耐磨性.镍-钴合金镀是最新发展的高质量纳米镀技术,其镀层的硬度、耐磨性、摩擦系数、耐腐蚀性、表面粗糙度、深镀能力、复盖能力、电流效率和沉积速率等所有的性能都明显优于晶态的电镀镍-钴合金,这种合金镀层,在非晶基上弥散分布着纳米级的金属间化合物.但研究此类复合镀层,至今未有现成的方法来测定非晶与纳米晶粒的比例,本文采用小角X射线散射解决了这一新问题.     

用电沉积法制备非晶态镍磷合金的工艺研究

为了获得高性能的镍磷合金镀层,对次磷酸盐-镍盐体系电沉积法制备非晶态镍磷合金的工艺以及镀层性能进行了研究.进行了7因素3水平的正交试验,试验因素分别为:温度、电流密度、pH值、硫酸镍浓度、氯化镍浓度、磷酸浓度、次磷酸钠浓度.结果表明,获得最佳耐腐蚀镀层的工艺条件为:150 g/L 磷酸镍,电流密度4 A/dm2,pH=2,温度68 ℃,11 g/L 氯化镍,7 g/L 次磷酸钠,45 mL/L 磷酸.获得最佳硬度镀层的工艺条件为:温度 68 ℃,150 g/L 硫酸镍,pH=2.5,6 g/L 次磷酸钠,电流密度6 A/dm2,50 mL/L 磷酸,11 g/L 氯化镍.