热处理对等离子熔覆Fe-Mo-Cr-Ni-B合金覆层组织及耐磨性能的影响

采用等离子熔覆技术在H13合金钢表面熔覆Fe-Mo-Cr-Ni-B合金,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)配合能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计以及多功能摩擦磨损试验机,对热处理前后熔覆层的组织结构、硬度和耐磨性进行分析。结果表明,Fe-Mo-Cr-Ni-B合金覆层主要由α-Fe、Mo_(2)FeB_(2)、(Mo,Fe,Cr)_(3)B_(2)和Fe_(23)(B,C)_(6)相组成;熔覆层磨损以Mo_(2)FeB_(2)硬质相的脆性剥落为主;在1000℃温度热处理后,熔覆层平均硬度达到1061HV_(0.5),相比于焊态提高了28.3%,耐磨性相比于焊态提升了42.0%。合金覆层硬度提升和耐磨性的改善可以归因于高温热处理导致的碳化物共晶组织消失、Mo_(2)FeB_(2)硬质相增多以及黏结相强度增加。

等离子弧熔覆Fe-C-B-V系耐磨堆焊层的组织及性能研究

以硼铁、高碳铬铁、钒铁为原料,采用等离子弧熔覆技术在Q345钢表面堆焊Fe-C-B-V系铁基合金。使用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪等研究了堆焊层的显微组织;分别使用维氏硬度计和冲击试验机测量堆焊层的显微硬度和冲击韧性。结果表明,堆焊层显微组织主要由马氏体、网格状Fe_(3)(C,B)和Fe_(2)B、弥散分布的碳化物及硼化物等(如VB_(2)、VC、Cr_(2)B)硬质相构成;堆焊层的平均硬度高达904.58 HV10、冲击功为68.5 J。堆焊过程中形成的硼化物、碳化物作为硬质相提高了堆焊层的硬度和耐磨性,形成的碳化钒使组织从鱼骨状变成网格状,细化了晶粒,提高了堆焊层的冲击韧性。

FeCoCrNiAl高熵合金涂层的等离子熔覆工艺研究

采用等离子熔覆技术在45号钢基体表面制备FeCoCrNiAl高熵合金涂层,研究熔覆电流和离子气流量对涂层表面形貌及孔隙率的影响。结果表明,当熔覆电流为180 A、离子气流量为2.5 L/min、熔覆速度为100 cm/min时,制备出的FeCoCrNiAl合金涂层与基体结合良好、无裂纹,孔隙率达到最低值0.0276%。该工艺制备的FeCoCrNiAl合金涂层高熵效应显著,但组织中除了具有BCC结构相以外,还存在具有FCC结构的Fe-Cr相、Ni-Co相、富Ni相、富Al相等成分。FeCoCrNiAl高熵合金涂层的显微硬度为500 HV,达到45钢基体的2倍以上。

开沟器铲尖表面等离子熔覆Mo_(2)FeB_(2)涂层制备及其磨损性能

为了解决开沟器铲尖耕作过程中耐磨性差、易失效的问题,利用等离子熔覆技术在开沟器铲尖表面制备Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷涂层,并对其微观组织结构、物相组成、显微硬度以及耐磨性能进行研究。通过正交试验得到熔覆层制备的最优工艺参数组合为:熔覆电流80 A,熔覆距离10 mm,熔覆速度20 cm/min,并以此来制备耐磨熔覆层。结果表明,熔覆层与基体呈现良好冶金结合,其组织主要由方形、蝶状、十字镖形、树形以及不规则长条状的硬质相、网状共晶组织和铁基粘结相组成,其主要物相组成为Mo_(2)FeB_(2)、M_(3)B_(2)(M:Mo,Fe,Cr)、(Cr,Fe)7C3、MoB、CrB、Fe2B以及Fe-Cr固溶体。熔覆层的平均显微硬度为9618 MPa,为开沟器铲尖基体的2.79倍。相同工况下的磨损试验表明熔覆层的平均磨损量(19.20 mg)和平均摩擦系数(0.294)与基体相比分别降低了52.9%和42.4%;不同载荷下的磨损试验表明,随着载荷的增加,熔覆层与基体的摩擦系数呈现逐渐减小的趋势,但熔覆层的整体摩擦系数均低于基体,且其磨损形貌较基体轻微。土槽试验结果表明,熔覆层开沟器铲尖的平均磨损量(4.60 g)比常规开沟器铲尖(15.54 g)降低了70.4%;田间试验结果表明,在实际土壤环境中,开沟器铲尖熔覆层的平均磨损量(34.34 g)仅为常规开沟器铲尖(79.06 g)的43.4%,通过对比磨损形貌发现,熔覆层的存在可以有效抵御土壤磨损,使开沟器铲尖在经过长时间的磨损后能最大程度的保持原貌,从而使其表现出优异的耐磨性能。该研究结果可为提高农机触土部件的耐磨性提供理论参考和可行技术方案。

井下工具用钢表面等离子熔覆AlCoCrFeNi_(2.1)YHf高熵合金涂层与熔覆电流相关性研究

利用等离子熔覆技术,采用130 A、140 A、150 A三种电流在井下工具用钢35CrMo钢表面制备了AlCoCrFeNi_(2.1)YHf高熵合金涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)、X射线衍射仪、显微硬度仪、电化学工作站分析了熔覆电流对涂层的显微组织、相结构、显微硬度和耐蚀性性能的影响。研究结果表明:各涂层均由树枝晶和少量等轴晶构成,晶粒内为FCC相、晶粒之间是B2相。随着电流的增加,涂层组织粗化,硬度逐渐降低;涂层耐腐蚀性能随着电流的增加呈先增高后降低的非线性关系,140 A的涂层具有最佳的耐腐蚀性。

等离子熔覆硼化物覆层的耐蚀性

采用等离子熔覆技术将自制的Mo-Fe-B-Cr药芯焊丝熔覆在316L不锈钢表面制备了硼化物覆层,通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计对硼化物覆层的组织、成分、物相和显微硬度进行分析,并通过电化学试验和中性盐雾试验对覆层的耐蚀性进行研究。结果表明:硼化物覆层主要由MO_(2)FeB_(2)、(Mo,Fe,Cr)3B_(2)、α-Fe和Fe_(23)(C,B)6组成,其显微硬度约为不锈钢基体的3.9倍;在中性环境中硼化物覆层的耐蚀性略低于316L不锈钢,而在酸性环境中硼化物覆层的耐蚀性要优于316L不锈钢;在中性盐雾腐蚀过程中,硼化物覆层表面会生成致密性良好的钝化膜,从而使覆层具备良好的耐蚀性。因此,硼化物覆层在拥有高硬度的同时还兼具良好的耐蚀性。

石墨烯对等离子熔覆非晶复合涂层的组织与性能影响

为研究石墨烯添加对非晶复合涂层的组织与性能影响,采用等离子熔覆技术在Q235钢表面熔覆石墨烯、Fe、Cr、Nb、Mo、Si、B元素制备复合涂层,运用XRD、金相显微镜、SEM、热力学分析等手段分析涂层的物相结构组成、微观形貌、热稳定性和硬度。结果表明:复合涂层与基体冶金结合良好;复合涂层主要由NbC和少量Fe-Cr、Cr_(7)C_(3)及α-Fe的混合物组成;石墨烯的添加使得涂层晶粒细化,促进了非晶相和碳化物的形成,使得热稳定性和硬度大大提高;1%石墨烯含量的复合涂层组织最为细小致密,过冷液相区最大,热稳定性最好,涂层显微硬度达到6.28 GPa,在熔覆层中添加石墨烯提高了涂层的综合性能。

三偏心蝶阀失效分析及其司太立合金等离子熔覆修复研究

针对某煤矿瓦斯抽放系统三偏心蝶阀密封面和轴孔的失效进行系统分析,确定其主要发生的是均匀腐蚀失效。该三偏心蝶阀长期在饱含凝露水及强腐蚀性气体(H_(2)S、CO_(2)、SO_(2))的瓦斯介质中服役,针对该服役环境,提出在其密封面和轴孔表面等离子熔覆司太立12合金的修复方案。对司太立12等离子熔覆层进行系统的显微组织观察、化学成分测试、显微硬度测试,以评估其可靠性。结果表明:司太立熔覆层主要为胞状树枝晶结构,熔覆层与基体结合良好,未见裂纹和气孔缺陷;熔覆层中的胞状枝晶主要为Co基固溶体,在枝晶间连续分布着富Cr相(Cr基固溶体+Cr的碳化物共晶组织)网状结构,富W相(W_(2)C碳化物+Co基固溶体)在富Cr网状结构中呈现不连续分布;司太立12等离子熔覆层的显微硬度为375~450 HV0.3,高于基材(100~150 HV0.3)和原始不锈钢套(200~250 HV0.3)。修复后的蝶阀在煤矿中服役4个月未发生失效,而未处理的新蝶阀服役1个月就发生失效,说明蝶阀密封面及轴孔所采用的司太立12等离子熔覆层对基材有较好的保护作用。

采煤机导向滑靴等离子熔覆层力学性能研究

因煤矿开采环境恶劣,滑靴作为采煤机导向和支撑部件,经常发生失效。等离子熔覆技术具有高能量密度、等离子弧柱温度高、熔覆结合力较强等优点,被认为是较先进的表面处理和再制造技术。通过将等离子熔覆技术应用于采煤机导向滑靴,研究其力学性能,发现其硬度大大提高,有利于井下使用。

等离子熔覆技术在液压支架立柱修复中的应用研究

液压支架柱类零件传统电镀修复工艺存在污染严重、表面质量较差、寿命较短等问题。本文对液压支架柱类零件修复工艺进行研究,提出一种等离子熔覆表面改性修复工艺和技术。以煤矿液压支架立柱DW25-250/100单体液压支柱为研究对象,制备了Fe-Cr-Nb-Si-Mo合金涂层,分别采用电镀技术和等离子熔覆技术对表面进行处理,电镀工艺得到的立柱表面硬度为25~30 HRC,而等离子熔覆处理后的表面硬度值为60~75HRC。等离子熔覆技术表面硬度值高,耐磨性和耐腐蚀性能较好,延长了液压支架的使用寿命。研究结论可为提高液压支架立柱修复性能提供参考。

等离子熔覆耐磨板的冲蚀磨损性能研究

目前疏浚管道的磨蚀问题已成为亟待解决的技术难题,传统疏浚管道材料难以满足复杂流体介质对管道内壁磨损和腐蚀性能的要求。等离子熔覆法是利用等离子体作为热源,对金属进行表面处理,使其具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温和抗冲击等性能。文章采用等离子熔覆技术,选用Fe基合金粉末作为熔覆材料,在Q235号钢基体表面制备耐磨损的熔覆层,采用XRD物相分析及金相组织,观察熔覆层的组织状态,并研究不同条件下的冲蚀磨损性能,从而改善疏浚管道的耐腐蚀、耐磨损性能。

基于正交综合平衡法的CoCrFeMnNi高熵合金等离子熔覆工艺参数优化

采用正交试验优化了等离子熔覆工艺参数,并在Q235钢基体上制备了CoCrFeMnNi高熵合金涂层。利用XRD、SEM、EDS以及显微硬度计等分析优化后熔覆层组织和性能特征。结果表明,工艺参数对熔覆层稀释率影响程度依次为熔覆速度、弧电流和送粉气流量,对熔覆层显微硬度影响程度依次为弧电流、熔覆速度和送粉气流量。综合极差和熔覆层宏观形貌分析,得到最优工艺参数组合为:弧电流70 A,熔覆速度7 mm/s,送粉气流量8 L/s。在此工艺条件下,熔覆层表面无裂纹,熔覆表层主元素分布均匀,物相主要由类Ni型简单结构的FCC相组成;熔覆层稀释率为17.86%,熔覆层表面显微硬度分布比较均匀,而截面显微硬度受组织结构影响呈梯度变化。

等离子熔覆TiC/Fe基熔覆层显微组织及碳化物演变机理分析

目的 为了提高3Cr13马氏体不锈钢的硬度和耐磨性,在其表面制备TiC/Fe基熔覆层,分析熔覆层组织的均匀性及碳化物类型,探究碳化物演变机理和对熔覆层硬度的影响规律。方法 采用等离子同步送粉熔覆,在3Cr13不锈钢基材上熔覆球形TiC/Fe基熔覆层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射、能谱仪分析熔覆层微观形貌特征、相组成以及析出相的元素分布规律,利用显微硬度计测量熔覆层的硬度。结果 随着TiC添加量的增加,熔覆层中的Ti和C元素含量也增加,说明有部分TiC熔解。未添加TiC的熔覆层组织主要是Fe-Cr固溶体和(Fe、Cr)_(7)C_(3),TiC/Fe基熔覆层的为Fe-Cr固溶体和TiC、(Fe、Cr)_(3)C_(2)、(Fe、Cr)_(7)C_(3)。两种熔覆层中的析出相主要以(Fe、Cr)_(7)C_(3)为主,但在TiC/Fe基熔覆层中还存在其熔解后重新析出的TiC及过渡相(Fe、Cr)_(3)C_(2)。TiC添加量增加,熔覆层显微硬度也增加。结论 TiC/Fe基熔覆层中的第二相除(Fe、Cr)_(7)C_(3),还有原始TiC、析出的TiC和(Fe、Cr)_(3)C_(2)。在研究范围内,随着TiC添加量增加,熔覆层中熔解的TiC量也增加。析出的TiC.可以作为(Fe_(3)Cr_(4))C_(3)的有效形核质点,促进(Fe_(3)Cr_(4))C_(3)的形成,形成过程是(Fe、Cr)_(3)C_(2)以析出的TiC为形核核心形核长大,随后相变为更加稳定的(Fe、Cr)_(7)C_(3),在快速冷却过程中有未转变完的(Fe、Cr)_(3)C_(2)保留下来。熔覆层中的原始TiC、析出的TiC、生成的(Fe、Cr)_(7)C_(3)和(Fe、Cr)_(3)C_(2)作为硬质相提高了熔覆层的硬度。

等离子熔覆制备AlCrFeMnNi高熵合金涂层的微观组织与性能

对高熵合金涂层的成分设计已有较多探究,但针对无Co系高熵合金涂层研究较少。采用等离子熔覆技术在E32钢上制备AlCrFeMnNi高熵合金涂层,利用金相显微镜、SEM、EDS、XRD等对涂层的组织形貌、相结构及元素分布等进行观察分析,采用显微硬度计、电化学工作站、XPS表征涂层的硬度分布及耐腐蚀性能。结果表明,等离子熔覆制备的高熵合金涂层无裂纹、气孔等宏观缺陷,涂层为BCC结构;涂层平均硬度为411.6 HV0.5,为基体硬度的2倍以上;在质量分数3.5%的NaCl溶液中涂层的自腐蚀电位为-0.35V,自腐蚀电流密度为507 nA/cm^(2),基体的自腐蚀电位为-0.92V,自腐蚀电流密度为256μA/cm^(2),涂层的自腐蚀电位和极化电流密度较基体有大幅度提升,涂层的固溶强化作用和晶格畸变作用以及BCC结构的螺旋位错强化是提升涂层硬度的原因,均匀的元素分布和致密的钝化膜是其耐蚀性好的主要原因。通过等离子熔覆技术得到高强度、耐腐蚀性好无Co系高熵合金的涂层,可对易制备、低成本的高熵合金涂层的开发、制备和应用提供一定的技术支持。

等离子熔覆CrMnFeCoNiMo_(x)高熵合金涂层的组织、硬度和腐蚀性能

采用等离子熔覆技术在20钢表面制备了不同成分的CrMnFeCoNiMo_(x)(x=0、1、1.5)系高熵合金涂层。通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD)等分析了涂层的微观结构;利用显微硬度计和电化学工作站分析了涂层的硬度和耐蚀性。结果表明:在不含Mo的高熵合金(HEA)涂层中存在大量的枝晶和胞状晶,添加Mo元素后主要为等轴晶。3种涂层的基体组织主要为体心立方(BCC)结构,Mo元素的添加使涂层中形成了一定量的第二相。CrMnFeCoNiMo_(1.5)涂层的第二相含量最多,硬度最大(约720 HV0.3),约为基材的4倍。Mo元素添加后,涂层的耐蚀性显著提升,CrMnFeCoNiMo_(1)涂层的耐蚀性能最好,腐蚀速率为0.141 mm/year,约为基材的1/20。

等离子熔覆Fe基/WC-10Co-4Cr涂层的组织与性能研究

目的制备高强度和高硬度的耐磨性涂层,用于已磨损的机械零件表面,以延长其使用寿命,避免机器因磨损而带来的各种故障。方法采用等离子熔覆技术在40CrMnMo表面制备WC-10Co-4Cr/Fe300合金复合熔覆层,研究不同质量分数WC-10Co-4Cr对熔覆层组织和性能的影响。利用金相显微镜、超景深光学显微镜、SEM、EDS、XRD对熔覆层的组织形貌进行表征和物相分析,借助数显显微硬度计和销盘式摩擦磨损试验机测试熔覆层的硬度和耐磨性。结果WC-10Co-4Cr/Fe300合金作为一种复合材料,与基材形成了冶金结合,结合区域无孔洞和裂纹。熔覆层微观结构随着WC-10Co-4Cr含量的增加,逐渐由柱状晶向树枝晶过渡,它主要由Fe6W6C、(Cr、Fe)23C6和WC相组成。熔覆层的平均硬度大致随着WC-10Co-4Cr含量的增加而提高,当WC-10Co-4Cr的质量分数达到20%时,熔覆层的硬度最高(518.5HV0.2),大约是基体硬度的1.7倍。熔覆层的主要摩擦机理为磨粒磨损,随着WC-10Co-4Cr含量的增加,熔覆层的耐磨性得到显著改善。当WC-10Co-4Cr的质量分数为30%时,其磨损量比基体的总磨损量少0.0186 g,熔覆层的耐磨性最好。结论加入的WC-10Co-4Cr粉末与Fe300合金粉末反应生成了Fe6W6C、(Cr、Fe)23C6强化相,显著提高了熔覆层的硬度和耐磨性。

硬质颗粒对等离子熔覆碳化钨/多主元合金复合硬面涂层组织与耐磨性能的影响

采用等离子熔覆技术制备分别以铸造WC颗粒和烧结WC-Co球粒为硬质颗粒、以多主元合金为黏结相的2种硬面复合涂层,采用X射线衍射仪、扫描电镜、摩擦实验等手段,研究不同硬质颗粒对硬面复合涂层组织和耐磨性能的影响。结果表明:FeCrNi/WC-Co复合涂层中M6C的体积分数为20.1%,低于FeCrNi/WC复合涂层中M6C的体积分数(28.4%)。烧结WC-Co颗粒的热力学稳定性高,其WC的溶解程度低于铸造WC颗粒,可有效减少脆性M6C碳化物的析出。FeCrNi/WC-Co复合涂层的耐磨性能优于FeCrNi/WC涂层。FeCrNi/WC-Co涂层中较少的M6C相可避免涂层因脆性断裂而过早剥落,保证硬质相颗粒的完整性,提升硬面涂层的耐磨性能。

基于响应曲面法优化2205双相不锈钢层等离子弧熔覆工艺

采用等离子弧熔覆技术在Q345钢表面制备2205双相不锈钢层,采用响应曲面法研究了熔覆速度(3~7 mm·s^(-1))、熔覆电流(83~117 A)和送丝速度(43~77 mm·s^(-1))及其交互作用对熔覆层稀释率与宽高比的影响,得到优化的等离子弧熔覆工艺。结果表明:为获得稀释率低的熔覆层,需采用小熔覆电流和高送丝速度,为获得宽高比大的熔覆层,需采用大熔覆电流和低送丝速度,熔覆速度对稀释率和宽高比的影响均小;预测得到优化工艺参数为熔覆电流99 A、熔覆速度6 mm·s^(-1)、送丝速度50 mm·s^(-1),熔覆层的稀释率和宽高比分别为14.8%和4.36,与试验值的相对误差分别为2.9%和2.3%,说明采用响应曲面法建立的二次数学模型可靠。优化工艺下制备的熔覆层成型较好。

扫描速度对等离子熔覆WC增强镍基合金涂层组织与耐蚀性的影响

为了提高金属材料的表面性能,通过等离子熔覆技术,在低碳钢表面制备了35%WC+65%Ni60合金涂层,研究了不同扫描速度对涂层组织与耐蚀性的影响。涂层组织分析及电化学性能试验结果显示:WC-Ni合金涂层的表面光滑连续,并存在良好的冶金结合,其稀释率先减小后增加;涂层的底部组织由树枝晶和大尺寸的WC颗粒构成,顶部组织由树枝晶/等轴晶和微米级WC颗粒构成;随着扫描速度的增加,涂层组织由等轴晶向树枝晶转变;当扫描速度为120 mm/min时,涂层自腐蚀电位最高,自腐蚀电流密度最小,耐蚀性最好。研究表明,当涂层具有均匀的组织、尺寸小的WC颗粒和固溶越多的W元素时,涂层具有良好的耐蚀性。

等离子熔覆数值模拟研究现状

等离子熔覆是表面工程热喷涂领域一项有发展前景的技术,具有热输入高、成本低的优势。等离子熔覆工艺研究一般采用经验归纳法确定最佳参数,该过程需要大量实验数据支撑,浪费材料。采用数值模拟优化工艺可以对等离子熔覆中传统观测手段无法监控的现象进行描述,并有效节省实验过程中的材料损耗。近年来,研究者们基于多种不同假定研究了转移电弧稳定、弧根附着、熔池生长及熔覆层堆积过程热分布等的数值模拟,成果斐然,这为进一步优化等离子熔覆枪的枪体设计、工艺参数的确定提供了理论支撑。在目前的国内外研究中,等离子熔覆数值模拟局限于复杂物理场的耦合失真与电磁场模型的编写简化,难以描述转移弧的产生释放过程与基体涂层间的作用机理,这需要进一步探究多物理场耦合、优化数值模拟方法、构建整体熔覆模拟系统。本文总结了等离子熔覆数值模拟的一般过程,分别对等离子熔覆射流特性模拟中能量分布、流场连续、电磁学特性三方面特性的模拟及熔覆层形成过程中熔池及粒子沉积模拟进行归纳,分析了数值模拟研究等离子熔覆工艺所面临的问题并展望其前景,为探索性能更加优良的等离子熔覆工艺提供参考。