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基非晶涂层耐腐蚀性能的影响因素及提升措施综述

非晶合金的结构特点是短程有序,长程无序,不存在晶界和位错等晶体缺陷.Fe基块体非晶合金尽管具有超高的硬度和强度、出色的耐腐蚀和耐磨性,且成本低廉,但是也因非晶形成能力低及室温脆性而大部分以粉末、薄带、毫米棒等形式存在,使其推广和应用受到较大限制.将非晶合金制备成涂层,不仅能有效弥补上述不足,还保留了块体非晶合金固有的特性,已在石油化工、汽车机械、海洋工程等制造和再制造领域获得应用.超音速火焰喷涂(HVOF)、等离子喷涂(APS)等技术已被证实能够在钢材基体上制备Fe基非晶涂层.根据诸多研究结果可知,影响Fe基非晶涂层耐腐蚀性能的因素主要有:非晶成分(如Cr、Mo、Ni、Nb等元素)、孔隙率、晶化相、粉末粒径、氧化物、喷涂工艺及参数、外界环境等.同时,研究者们还在提高喷涂非晶涂层耐腐蚀性的工艺措施方面取得了一些成果,包括热处理、封孔处理、激光重熔、氧化处理、离子注入、极化处理等.这些努力极大地推动了Fe基非晶涂层在海洋装备腐蚀防护中的实际应用.本文总结了Fe基非晶涂层耐腐蚀性能的影响因素和提升措施方面的相关研究进展,并简要分析了研究中存在的不足以及未来发展前景.     

电弧喷涂铁基非晶涂层的制备及其冲蚀磨损性能研究

为了筛选最佳的铁基非晶涂层制备工艺和研究涂层的冲蚀磨损机理,采用电弧喷涂技术在不同工艺参数下制备Fe基非晶态合金涂层,利用自制固液两相流冲蚀磨损试验机和电化学工作站对涂层的耐磨损、耐腐蚀性能进行研究;并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段观察分析了涂层的相结构和组织形貌。结果表明:非晶涂层结构致密、组织均匀,并具有典型的层状结构;铁基非晶涂层具有良好的耐冲蚀性能,90°攻角下涂层冲蚀失重要高于30°攻角下涂层的失重;电弧喷涂电压上升,涂层冲蚀失重随之减小;送丝速度增加,涂层冲蚀失重先降低再升高;冲蚀磨损机制主要表现为脆性剥落;非晶涂层的耐腐蚀性能随喷涂电压的上升得到提高,随送丝速度增加先增强再减弱。     

热喷涂技术制备铁基非晶涂层的研究进展

热喷涂技术可用于表面防护和强化,被大量应用到各行各业。由于热喷涂技术具有冷却速率很快的特点,满足形成非晶的基本条件,同时Fe基非晶合金具有耐磨耐腐蚀等优异的性能,所以用该技术制备得到的铁基非晶合金涂层性能优良,能给好多行业带来经济效益。将对等离子喷涂、超音速火焰喷涂等热喷涂技术制备铁基非晶涂层的研究进展进行综述。     

电弧喷涂法镁合金AZ31表面改性与性能研究

研究了电弧喷涂距离和喷涂电压对会展设计用AZ31合金显微形貌、显微硬度、耐盐雾腐蚀和电化学性能的影响。结果表明,在喷涂距离为120 mm、150 mm和180 mm时,随着喷涂电压的降低,表面涂层的显微硬度整体呈现先增加而后降低的趋势,在喷涂电压为28 V时显微硬度最大;在相同喷涂距离下,随着喷涂电压的下降,涂层平均腐蚀深度都在喷涂电压为28 V时取得最小值;当喷涂距离为150mm、喷涂电压为28 V时涂层的自腐蚀电位要明显高于其它电弧喷涂工艺下涂层的,是AZ31合金较为适宜的电弧喷涂工艺;采用电弧喷涂得到的涂层的自腐蚀电位相对AZ31镁合金基材发生了正向移动,耐腐蚀性能得到明显提高。     

超音速电弧喷涂制备Fe基非晶涂层的成分结构及磨损性能研究

该文通过对超音速电弧喷涂技术制备涂层的粉芯/金属外皮成分比例、整体合金化以及表面形貌成分进行了表征分析研究,并基于实验结果对喷涂参数进行了初步优化。研究结果表明,以Armacor MTM粉芯丝材制备的涂层成分Fe元素含量较丝材的Fe含量损失最严重,同时该涂层均明显出现非晶特征的XRD衍射α-Fe相的宽化峰。最优工艺参数为喷涂距离D=150 mm,喷涂电流为I=150 A。     

Ni-Al包覆增强Fe基非晶涂层的结构与耐磨性

为了降低Fe基非晶涂层的孔隙率,并提高其耐摩擦性能,采用机械球磨法在铁基非晶颗粒表面包覆Ni-Al颗粒,得到具有壳-核结构的涂层复合喷涂粉末,并采用等离子喷涂法将其在45钢表面制备铁基非晶涂层;分析了包覆型复合粉末和Fe基复合涂层的相组成和微观结构,测试了复合涂层的孔隙率、非晶相比例和干摩擦性能,研究了Ni-Al粒子包覆前后涂层的微观结构与摩擦机理变化。结果表明:Ni-Al粒子成功包覆在Fe基非晶表面形成了结构致密的壳-核结构复合粉末,粉末粒径小于50μm,包覆层厚度1～3μm。涂层孔隙率下降5%左右,由于Ni-Al稀释作用,非晶含量由72.5%降低为64.8%,复合涂层的结构显示为Ni3Al相和Fe基非晶形成的层片状。相对于传统涂层结构,复合涂层更能够强化非晶涂层的层状堆积的优点。相比Fe基非晶涂层,复合涂层的摩擦系数由0.412 3降低到0.256 1,磨损量为原涂层的1/2左右。Ni-Al粒子通过改进Fe基非晶粒子的熔解形态和延展能力,有效提高了非晶涂层的致密度,涂层非晶含量降低不明显,耐磨性显著增强。     

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。     

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。     

封孔处理对等离子喷涂Cr2O3-8TiO2涂层耐腐蚀性能的影响

为了提高等离子喷涂陶瓷涂层的耐腐蚀性能,扩大其应用范围,以环氧树脂和有机硅树脂为封孔剂对等离子喷涂Cr2O3-8TiO2涂层进行了封孔处理,采用盐雾腐蚀和电化学腐蚀方法对封孔涂层和未封孔涂层的耐腐蚀性能进行研究,使用扫描电镜/能谱仪(SEM/EDS)、光学显微镜(OM)观察了腐蚀前后涂层的形貌及成分变化,分析涂层的腐蚀机理.结果表明,240h盐雾腐蚀后未封孔涂层发生剥落失效,而有机硅树脂封孔涂层经1200h盐雾腐蚀表面仍保持完好.封孔涂层的耐腐蚀性明显优于未封孔涂层,有机硅树脂的封孔效果优于环氧树脂.     

喷涂距离和喷涂功率对羟基磷灰石涂层的影响

本文以Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金为基体材料,采用等离子喷涂方法,在不同喷涂距离和喷涂功率下制备羟基磷灰石（ＨＡ）涂层,研究喷涂距离和喷涂功率这两个重要的喷涂参数对涂层结构和组成的影响．使用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）观察了羟基磷灰石涂层的形貌．涂层的相组成由Ｘ射线衍射谱仪（ＸＲＤ）分析而得．并使用Ｘ射线荧光谱仪（ＸＲＦ）测定了涂层的Ｃａ／Ｐ摩尔比．研究结果表明,喷涂距离对羟基磷灰石涂层的形貌、相组成以及Ｃａ／Ｐ摩尔比有着明显的影响．随着喷涂距离的增大,羟基磷灰石粉末的熔化状态得到改善,涂层的显微结构较为致密．然而,喷涂距离的增大使得涂层的非晶化更加严重,涂层中非晶相含量增大．在实验范围内,喷涂功率对涂层结构和相组成的影响不明显．Ｃａ／Ｐ比测定显示,等离子喷涂羟基磷灰石涂层均为缺磷涂层,Ｃａ／Ｐ比随喷涂距离的增大而降低,随喷涂功率的增大而增大．     

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.     

微束等离子喷涂羟基磷灰石涂层

采用微束等离子喷涂(MPS) 在Ti6Al4V基体上制备了羟基磷灰石(HA)涂层, 并以大气等离子喷涂(APS)为对照. 利用光学显微镜、SEM和XRD分析技术对MPS涂层形貌、相组成和结晶度进行了研究. 结果表明: 在微束等离子喷涂过程中, HA 的分解程度比大气等离子喷涂有显著降低, 除了HA相, 仅形成β-TCP相和非晶相. MPS涂层的结晶度主要受喷涂距离的影响. 喷涂距离较短(<80mm)时, 涂层结晶度高于APS方法制备的涂层. 喷涂距离在130mm时, 涂层结晶度低. 大气等离子喷涂层含有β-TCP、α-TCP、TTCP、CaO和非晶. MPS涂层分解较APS少的主要原因是喷涂过程中HA粒子过热不严重.     

Ni基合金粉末及其非晶涂层的制备与表征

为解决非晶粉末价格昂贵、成型困难等问题,采用真空气雾化法制备了Ni FeCrMoNbBSi合金粉末,利用火焰喷涂焰流温度高、冷凝速度快有利于形成非晶相等特点,经火焰喷涂后制备了镍基非晶涂层。通过XRD、SEM、EDS、TEM等对粉末和涂层的相组织结构、表面形貌和微观特征进行了表征。结果表明:Ni FeCrMoNbBSi合金粉末形貌为球形或近球形,主要由晶体相FeNi3和Ni CrFe固溶体组成,非晶含量较少。制备的Ni基非晶涂层组织结构致密,主要由非晶相和Cr2Ni3金属间化合物组成,非晶含量可达70%(体积分数)。     

棒材等离子喷涂制备非晶态合金雾化过程的数值模拟及工艺参数的制定

根据已有的火焰喷涂一维稳定流动学研究的成果,提出棒材等离子喷涂法制备非晶涂层的雾化机理并计算了棒材等离子喷涂法制备非晶时雾化粒子的中值粒径。同时改变棒材等离子喷涂中主气压力和辅气压力两个主要参数,优化了铁系非晶涂层制备工艺。结果表明,3mm Fe80P13C7及Fe72Cr8P13C7的晶体棒材通过大气等离子喷涂,在喷涂电压为55V,喷涂电流为600A,棒材与喷嘴的距离为4mm,送棒速率为50mm/min,喷涂距离为100mm,喷涂角度≈90°,主气压力为0.95MPa,辅气压力为0.35MPa喷涂可制备非晶涂层。     

非晶陶瓷涂层对耐高温液锌涂层耐腐蚀性能的影响

热镀锌技术是钢铁材料表层最为有效的防腐蚀手段。为进一步提高耐锌蚀涂层的使用寿命,采用等离子喷涂技术在熔锌装备表面制备了多级耐锌蚀复合涂层及非晶陶瓷涂层,并利用XRD和SEM对其物相组成、结构及形貌进行了研究。结果表明,非晶陶瓷涂层与熔融锌液存在着不浸润,但耐锌蚀涂层仍然会被腐蚀,镀锌装备内部由于存在温度差使得熔融锌液会进行上下、左右的流动,对非晶层会产生冲刷作用,长时间的冲刷会使非晶层变薄,直至消失。非晶陶瓷涂层的制备在一定程度上降低了加热管的导热性,但可以通过加大功率来进行弥补,封孔后的耐锌蚀涂层的热震性能提高了6倍,使用寿命是原来的2.2倍,延长寿命效果显著。     

h-BN基复合陶瓷涂层防锅炉受热面的硫酸盐腐蚀性能

针对燃煤锅炉受热面存在的硫酸盐腐蚀问题,采用料浆法在20CrMn表面制备h-BN基复合陶瓷涂层,分析了涂层的抗热震性能、孔隙率和耐磨性能,并研究了350～450℃范围内未喷涂和喷涂涂层试样的防硫酸盐腐蚀性能。结果表明,涂层的抗热震性能良好,孔隙率低,耐磨性能与基材相近。结合热分析动力学对腐蚀试验数据进行处理,得出两种试样腐蚀的反应机理均符合二级相界面反应类型。计算得到未喷涂涂层和喷涂涂层试样的反应活化能分别为1 431.172 J·mol~(-1)和2 200.217 J·mol~(-1),可见喷涂涂层试样的腐蚀反应活化能高于未喷涂涂层试样,表明喷涂涂层试样的防腐蚀性能优于未喷涂涂层试样。分析试验后喷涂涂层试样的形貌、成分和物相,发现该试样仅表面出现少量Na_2SO_4晶粒,而内部基本未检测到Na_2SO_4,表明喷涂涂层提升了基材的防腐蚀性能。     

等离子转移弧喷涂铁基非晶涂层的组织与耐蚀性能

为解决电弧喷涂铁基非晶涂层氧化严重等问题，采用等离子转移弧丝材喷涂(PTWS)在20NiCrMo基体上制备铁基非晶涂层，通过响应曲面法设计四因素三水平工艺参数优化实验，建立氩气流量、氢气流量、工作电流以及喷涂距离与孔隙率之间的数学模型关系。利用最佳工艺参数制备铁基非晶涂层，采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、硬度测试仪(HV-1000A)和电化学工作站(IM6ex)对涂层进行微观形貌、相组织、硬度及极化分析。结果表明：当工作电流不变时，氩气增大、喷涂距离减小或是氩气减小、喷涂距离增大都会导致孔隙率呈下降趋势。在最优工艺参数下，即Q_Ar=115 L/min,Q_H2=4 L/min,I=300 A,D=150 mm,d=12 mm,V_wire=60 mm/s,所获铁基非晶涂层的孔隙率为2.14%,平均硬度为960HV_0.1,腐蚀电势为-0.4841 V以及腐蚀电流为3.716×10^-5 A·cm^-2,表明涂层具有良好的耐腐...     

镁锂合金冷喷铝防护涂层的喷丸强化及耐腐蚀性能

为提高镁锂合金表面冷喷涂纯铝涂层的腐蚀防护性能,在镁锂合金LA43M表面先利用冷喷涂技术制备薄纯铝涂层,再进行喷丸强化处理得到高耐蚀的纯铝涂层.研究了在不同喷丸入口压力下,喷丸撞击基体时动能的变化规律以及单位面积作用喷丸密度对涂层组织形貌的影响.结果 表明:在入口压力为1 MPa、喷丸密度为5.00×103个/cm2的条件下,可获得均匀致密且结合良好的纯铝涂层.喷丸强化后的纯铝涂层具有更高的开路电位、更低的腐蚀电流密度,在中性盐雾试验600 h后,表面未发生腐蚀,说明喷丸强化冷喷涂纯铝涂层能够有效保护基体不被腐蚀.     

提高自拍杆耐蚀耐磨性的研究

近年来,自拍杆已成为一款大受欢迎的拍照神器。主要用于居家或出行,但频繁使用自拍杆极易被腐蚀或磨损,在其重要且受力部位--自拍杆的上端铝合金堵头、铝合金可伸缩金属杆和手柄的表层,用火焰喷涂法,在铝合金基体上喷涂一层特制的Fe78Si9B13非晶涂层,利用非晶合金没有晶界,其会引起的晶间腐蚀;也利用非晶合金的高硬度和高弹性模量,从而具有耐腐蚀和抗磨损功能。这种自拍杆耐蚀耐磨,舒适耐用,使用寿命长久。