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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

大模数齿轮表面缺陷Ni基合金等离子熔覆修复技术研究

针对三峡升船机主驱动齿轮表面点蚀等缺陷,采用三种填充材料Ni20、Ni35、Ni60合金粉末进行等离子熔覆修复试验,研究了熔覆层的组织性能。结果表明:采用Ni60粉末作为填充材料,离子气流量3 L/min、氩气流量9L/min,熔覆电流135 A、预热温度300℃时,获得的熔覆层具有最好的综合性能,熔覆层组织细密,枝晶晶粒较小,其截面硬度比基材的提高42.3%,磨损量比基材的小74%。

回火温度对等离子熔覆420不锈钢涂层显微组织和力学性能的影响

表征了等离子熔覆420不锈钢涂层的显微组织和力学性能,研究了回火温度对涂层显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着回火温度的升高,涂层中板条马氏体逐渐分解,逆变奥氏体含量增加,碳化物的数量增加。当回火温度从450℃升高到500℃,由于弥散分布的M7C3碳化物的析出和第二相强化,涂层的硬度和抗拉强度小幅度提升;随着回火温度进一步升高至650℃,马氏体分解程度增加及逆变奥氏体含量增加,硬质的M7C3碳化物粗化并部分转变为软质的M23C6碳化物,涂层的硬度和抗拉强度显著降低。涂层断裂机制随着回火温度的升高从混合断裂转变为塑性断裂。420不锈钢涂层的最优回火温度为500℃。

Q235钢等离子熔覆AlCoCrCuFexNi高熵合金涂层的组织和性能

采用等离子熔覆在Q235钢基体上制备了AlCoCrCuFexNi高熵合金涂层,利用SEM、EDS和XRD分析涂层的微观组织,并测试了涂层的显微硬度和耐磨性。结果表明,采用Al、Co、Cr、Cu、Fe、Ni混合粉末在Q235钢基体上可制备出与基体冶金结合的高熵合金涂层,涂层厚度约为0.5 mm,且无裂纹和气孔。涂层的微观组织主要由FCC树枝晶和BCC枝晶间结构组成,并形成大量的纳米相和有序BCC相。涂层的显微硬度达到350~680 HV0.2,基体的磨损量约为涂层的3.4倍。

Nb对等离子熔覆NbC-WC/镍基复合涂层的组织性能的影响

采用等离子熔覆技术成功制备了不同(Nb+C)/WC比例的镍基复合涂层,借助高分辨扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、室温干滑动摩擦磨损试验机、三维形貌仪对复合涂层的组织及力学性能进行了表征。实验结果表明,涂层底部区域存在未熔WC颗粒,随着Nb含量的增加,WC的溶解行为得到促进;涂层由NbC、WC、γ(Fe,Ni)和M_(23)C_(6)组成;当n(Nb+C)∶n(WC)=2∶2时,涂层拥有较高的显微硬度(~750 HV_(0.1))、较好的耐磨性能和相对光滑平整的磨损形貌;随着Nb的添加,涂层的磨损机制由粘着磨损转变为粘着磨损和磨粒磨损。

铝粉粒径对等离子熔覆铁基合金涂层耐腐蚀性的影响

铝具有一定的化学活性,与氧发生反应后易形成致密的氧化膜,可有效阻碍样品的进一步深入氧化,起到很好的氧阻断保护作用,常用作阴极保护材料。在铁基合金涂层中引入铝可提高铁基合金涂层的耐蚀性,因此在等离子熔覆铁基涂层中加入不同粒径铝粉,研究其粒径大小对等离子熔覆铁基涂层组织形貌及耐蚀性的影响,分析其对熔覆层耐蚀性的影响机制。研究发现:铁基熔覆层与基体具有良好的冶金结合,熔覆层并未产生明显的裂纹及气孔。随着铝粉粒径(100~200,200~300,300~400,400~500目)的减小,熔覆层内部的黑色AlN相粒径也在减小,且分布更加均匀。熔覆层在3.5%NaCl溶液中均呈现出明显的钝化行为,自腐蚀电位分别为-0.665、-0.706、-0.752、-0.822 V,均高于基体的-0.883 V,自腐蚀电流密度分别为2.454×10^(-6)、6.313×10^(-6)、7.979×10^(-6)、9.710×10^(-6)A/cm^(2),均低于基体的3.323×10^(-5)A/cm^(2)。随着铝粉粒径的增大,熔覆层的耐蚀性逐渐增强,铝粉粒径在100~200目时所得到的熔覆层耐蚀性最好,且熔覆层耐蚀性均优于基体材料。