高速电弧喷涂Fe基非晶涂层的晶化行为及其电化学腐蚀特性

利用高速电弧喷涂技术制备了FeNiCrBSiNbW非晶涂层,随后对其进行了不同温度的晶化处理;探讨了Fe基非晶涂层的晶化行为及其对电化学腐蚀特性的影响规律。采用X射线衍射仪、扫描电镜、差示扫描量热仪、电化学工作站对不同温度晶化处理后涂层的组织结构和电化学腐蚀行为进行表征。结果表明:随晶化处理温度的升高,FeNiCrBSiNbW非晶涂层的非晶相含量与孔隙率逐渐降低,涂层在3.5 wt%NaCl溶液中的耐腐蚀性逐渐下降,喷涂态涂层中高的非晶相含量以及低的硼化物含量均有助于其耐腐蚀能力的提升。

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蚀性能。

铁基非晶涂层的研究进展与应用

铁基非晶涂层可突破尺寸及室温脆性限制,其优异的力学性能可改善基体材料表面性能,有效拓展铁基非晶合金应用范围。针对非晶合金成分设计准则进行了较为系统的总结,归纳了铁基非晶涂层材料体系,介绍了铁基非晶涂层常用的制备技术,分析了热喷涂和激光熔覆技术对非晶涂层力学性能的影响。综述了铁基非晶涂层耐磨性和耐蚀性的研究现状。影响涂层性能的原因是多方面的,其制备工艺、元素组成、非晶含量、孔隙率、表面粗糙度、硬度及对涂层的后续处理等因素均会对涂层性能产生影响,并分别针对涂层的耐磨性和耐蚀性进行详细阐述。在此基础上,提出高摩擦因数是保证工作人员在甲板正常工作的前提,针对国内研究现状,开发制备出更多可同时兼具高耐磨性和高耐蚀性的铁基非晶涂层体系是突破技术封锁的关键问题。讨论了铁基非晶涂层在军事、航天、海洋防护、核工业、储燃及其他工程设备上应用的前景,介绍了铁基非晶涂层的应用现状及目前存在的问题,并在最后展望了铁基非晶涂层的发展方向。

Fe基非晶涂层厚度与其爆炸喷涂沉积特性及性能

目的 评估沉积厚度对Fe基非晶涂层在殷瓦钢基体上服役性能的影响。方法 利用爆炸喷涂在殷瓦钢表面沉积了4种不同厚度(d_(AC1)≈50μm,d_(AC2)≈150μm,d_(AC3)≈250μm,d_(AC4)≈500μm)的Fe基非晶涂层,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、维氏显微硬度计、纳米压痕仪、液压式万能试验机、电化学工作站等,研究了涂层的微观结构、物相组成、显微硬度、弹性模量、残余应力、结合强度和电化学腐蚀特性。结果 不同厚度Fe基非晶涂层均未出现明显的晶化现象,AC1涂层的孔隙率明显较高(2.8%~1.4%),在厚度增至AC3时涂层与基体界面出现了明显的裂纹,且裂纹随着厚度的增加继续恶化,至AC4时在截面形貌上仅观察到少量界面结合连接区域;随着涂层厚度的增加,涂层孔隙率、冷却残余拉应力和结合强度显著降低,显微硬度和弹性模量略有上升。AC1涂层因形成了电偶腐蚀,从而加剧了基体腐蚀,不具备耐腐蚀防护能力。当涂层厚度达到AC3后,涂层的腐蚀电流密度小于基体的腐蚀电流密度,其腐蚀电位和极化电阻均高于基体的,且腐蚀电流密度随着厚度的增加继续降低,AC3级及更厚的Fe基非晶涂层对基体形成了有效防护。结论 Fe基非晶涂层的结合性能和耐蚀性与涂层厚度变化趋势相反,涂层沉积厚度应根据涂层的服役工况而定。在耐蚀性工况下涂层应达到AC3级或更厚。

FeAlCrBSiNb非晶涂层形成机理和摩擦磨损行为

研发了一种FeAlCrBSiNb粉芯丝材,采用高速电弧喷涂技术在45钢基体上制备相应涂层。通过SEM,TEM和XRD表征涂层微观组织和相成分,阐述FeAlCrBSiNb非晶涂层的形成机理,利用显微硬度计,万能拉伸试验机和环-块式摩擦磨损试验机,分析涂层力学性能和摩擦磨损行为。结果表明:涂层主要由非晶相和弥散分布其中的α-(Fe),(Fe,Cr),CrB和Fe3Al微晶纳米晶相组成,非晶相体积含量大于91.3%;涂层呈层状结构,结构致密,总体孔隙率约为2%;平均显微硬度值为850HV0.1,是基体45钢的4倍;优良的磨损抗力使其相对耐磨性是45钢的5倍,其磨损机制主要为剥落引起的剥落磨损。

电火花沉积制备Fe-8B-Mo非晶涂层的可行性

为研究Fe-8B-Mo合金的非晶形成能力,采用电火花沉积工艺制备了4种Fe-8B-x Mo(x=13.62,23.62,33.62和43.62,w/%)合金涂层。通过X射线衍射仪(XRD)表征涂层的物相组成,探索获得非晶涂层的可行性,并采用扫描电镜(SEM)、显微硬度测试及摩擦磨损试验进一步研究所得涂层的微观组织与性能。结果表明:4种涂层都由非晶相、马氏体相和Fe2B相组成,其中,13.62%Mo涂层主要含Fe2B相和马氏体相,而23.62%Mo、33.62%Mo和43.62%Mo涂层主要含非晶相,且随着Mo含量的增加,涂层中非晶相含量逐渐减少。4种涂层的组织结构致密,缺陷少,与基体呈良好的冶金结合。23.62%Mo涂层具有最大的峰值显微硬度(1 138.1 HV0.05);同时,该涂层在摩擦磨损的稳定阶段具有最小的平均摩擦因数,且其2 h的磨损质量也最小,表现出更好的摩擦磨损性能。4种涂层的磨损机制均为磨粒磨损和疲劳磨损。

机械合金化制备Ti-Cu非晶涂层

对Ti6Al4V(TC4)合金表面进行机械合金化处理,在Ti6Al4V表面制备Ti-Cu非晶涂层。利用SEM、EDX和XRD等检测手段对涂层的显微组织与物相成分进行分析,通过摩擦磨损试验、显微硬度测试和划痕试验分别对涂层截面的显微硬度、涂层的摩擦耐磨性能及结合强度进行分析测试。分析结果表明:适当延长球磨时间可提高涂层的非晶化程度和致密度;当球磨时间达到11 h时,涂层最为致密,涂层厚度为40μm,且此时涂层与基体之间发生元素互扩散而形成冶金结合;涂层截面的显微硬度呈梯度变化,涂层的显微硬度最大值达593 HV0.1;涂层的摩擦因数和磨损量均较TC4基体的有显著减小,球磨11 h后,涂层的摩擦因数为0.18,磨损量为0.8 mg;涂层的结合强度亦随着球磨时间的延长而增加,球磨11 h后,涂层结合强度为44.6 N。

等离子喷涂工艺对锅炉管束用Fe基非晶涂层组织结构和耐蚀性能的影响

目的研究等离子喷涂功率和喷涂时间对锅炉管束用Fe基非晶涂层的相组成、微观组织结构及涂层耐蚀性能的影响。方法通过X射线衍射、扫描电子显微镜和三电极电化学研究进行分析。结果涂层主要由非晶相组成,表面较为平整致密;随着喷涂功率和喷涂时间的增加,涂层非晶相含量降低,孔隙率降低,致密性升高。非晶涂层在0.5mol/L H2SO4溶液和在3.5%(质量分数)NaCl溶液中均表现出良好的钝化作用,在0.5mol/L H2SO4溶液中钝化区较宽,在3.5%NaCl溶液中自腐蚀电流密度较低。随喷涂功率和时间的增加,阳极极化曲线钝化区加宽,电流密度降低。结论喷涂功率升高会导致涂层孔隙率下降,喷涂时间增加则致使涂层厚度增加,腐蚀介质渗透到基体的表面路径和阻力增加,从而可以进一步改善Fe基非晶涂层的耐蚀性能。

FeCrBSiNb非晶涂层的制备及其性能

采用火焰喷涂自制的FeCrBSiNb气雾化合金粉末,制备了高非晶含量的Fe基非晶涂层。利用X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜分析了粉末和涂层的相组织结构、表面形貌和微观特征。结果表明:FeCrBSiNb合金粉末主要有FeCrSi固溶体和B化物组成,粉末球形度较好,大颗粒粉末表面粗糙,主要为枝晶状组织,并伴有"卫星"球。制备的FeCrBSiNb非晶涂层润湿性较好,粒子搭接边界不明显,非晶体积分数高达80%。非晶涂层存在少量孔隙,主要是未熔颗粒的嵌入、熔融粒子凝固时的"骤冷"应力和气体逸出造成。FeCrBSiNb非晶涂层在532~644℃存在明显放热峰,玻璃转变温度Tg为509℃,开始晶化温度Tx为532℃,其形成非晶相的临界冷却速率为3.458×103 K/s,在同一试验条件下,非晶涂层的相对耐磨性是45钢基体的2.6倍。

激光熔覆制备金属表面非晶涂层研究进展

本文简要介绍非晶合金的结构和性能,以及传统制备块体非晶合金方法的局限性。结合激光熔覆技术的特性,重点综述在金属材料基体表面上利用激光熔覆技术制备Fe基、Zr基、Ni基、Cu基和其他非晶涂层的研究现状,以及激光制备工艺参数、微合金化元素种类和含量、增强相等因素对激光熔覆非晶涂层的影响。最后,指出利用激光熔覆技术制备非晶涂层的成分设计和控制、激光熔覆工艺的设计和优化、激光熔覆非晶涂层的基础理论研究等方面存在的主要问题和今后的发展方向。

电弧喷涂铁基非晶涂层摩擦磨损性能分析

采用电弧喷涂技术在低碳钢基体上制备Fe-(Cr,Ni)-(C,B)系非晶合金涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和差热分析仪对涂层的相组成、微观组织和热稳定性进行了分析,用MRH-3型高速环块磨损试验机研究涂层的干摩擦磨损行为.结果表明,涂层中含有一定量的非晶相,呈典型的热喷涂层状组织结构,孔隙率较低;涂层具有良好的热稳定性,在500℃以下使用不会发生晶化转变;涂层具有较高的显微硬度和优异的摩擦磨损性能,平均显微硬度为1 155 HV0.1,相同试验条件下,涂层的相对耐磨性能约为Q235钢的13.3倍,涂层的磨损机制主要以疲劳磨损为主.

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。

镁合金表面非晶涂层的构筑及其腐蚀行为

目的提高镁合金的耐腐蚀性能。方法采用超音速火焰喷涂技术,在AZ61镁合金表面引入Ni Cr Al作为中间层,最终在镁合金表面构筑一层铁基非晶涂层。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、差热分析仪、显微硬度测试仪、开路电位测试仪、动电位极化测试仪、X射线光电子能谱仪和接触角测量仪,分别评价了镁合金基体和铁基非晶涂层的形貌特征、微观结构、热稳定性、力学性能、腐蚀行为和表面性质。结果在AZ61镁合金表面成功构筑了一层厚度约200～240μm的铁基非晶涂层,该涂层在XRD有效分辨率内呈单一非晶结构。热分析结果表明,该非晶涂层的起始晶化温度可达657℃,具有极高的热稳定性。铁基非晶涂层和AZ61镁合金的显微硬度分别为892HV和71HV,合金表面显微硬度提高了10倍以上。在模拟海水中,AZ61镁合金和铁基非晶防护涂层的稳态开路电位分别为-0.59V和-1.58V,自腐蚀电流密度分别为80μA/cm^2和4μA/cm^2;在酸雨介质中,镁合金和非晶涂层的稳态开路电位分别为-0.45 V和-1.51 V,自腐蚀电流密度分别为7.27μA/cm^2和1.64μA/cm^2。去离子水在AZ61镁合金的表面润湿角为(59.8±1.5)°,而铁基非晶涂层的接触角为(74.4±0.6)°。结论在镁合金表面构筑铁基非晶涂层,可以显著提高镁合金的耐蚀性,同时非晶涂层高的热稳定性和显微硬度,意味着良好的耐热和耐磨性能。

等离子喷涂镍基合金非晶涂层的组织与性能

用超声气体雾化法制备了一种快凝Ni-Mo-Cr-B合金微晶粉末,使用常规的等离子喷涂工艺可以将该粉末沉积在金属基体上形成一个致密的涂层。该涂层具有较高的结合强度和硬度,在不同的腐蚀介质中显示出较好的耐蚀性和耐磨性.经X射线衍射,差热分析和透射电镜做的微晶结构分析表明,快凝镍基微晶粉末经过等离子喷涂后发生了非晶转变,所获得的非晶涂层具有较高的热稳定性,在600℃以下的温度范围内不发生晶化过程,与此同时对比了同一种粉末采用氧乙炔火焰喷涂的不同工艺后涂层力学性能的差别。

镁合金表面冷喷涂铝基非晶涂层组织和性能的研究

利用冷喷涂技术在镁合金表面制备铝基非晶涂层。通过电化学实验评价涂层的耐蚀性;通过扫描电镜、X射线衍射仪对涂层的组织和相结构进行分析。结果表明:涂层微观组织均匀致密,孔隙率为0.59%。涂层与基体之间界面清晰,且涂层与镁合金基体之间未出现元素扩散现象,为机械结合。涂层平均显微硬度为300 HV0.1o喷涂后粉末的非晶结构被被成功保留,非晶相含量约为48%。铝基非晶涂层和镁合金基体的自腐蚀电位分别为-0.8.-1.8V,自腐蚀电流密度分别为5.9xl0\2.5xl0-5A/cm2.

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。

激光熔覆高性能Fe基非晶涂层的研究进展

非晶合金以其优异的力学、物理和化学性能引起业界关注。基于大量的成分设计和工艺研究,科研人员探索出了一系列具有较强玻璃形成能力的合金体系和各种制备手段。其中,具有极大工业应用潜力的是材料成本低、自然资源丰富的铁基非晶合金及其冷却速率快、成形性能好的激光熔覆涂层制备工艺。国内外学者针对高性能Fe基非晶涂层的制备,开展了大量研究工作,并取得了丰硕的成果。针对非晶合金体系优化,科研人员总结性地提出了非晶合金成分设计的多个经验原则,并探讨了微合金化的作用机理;Fe基非晶涂层初期工业应用潜力表现在耐腐蚀性和耐磨性方面,在激光熔覆非晶涂层的研发过程中,研究人员创造性地使用了各种各样的工艺辅助手段,为高力学性能铁基非晶涂层的制备提供了思路,扩大了其在复杂环境中的应用潜力。本文对近几年激光熔覆Fe基非晶涂层合金体系、性能及制备等方面的研究进展进行了归纳总结,分析了非晶涂层目前研究存在的主要问题与发展方向,为高性能Fe基非晶涂层的制备和应用提供理论依据。

Fe基非晶涂层的组织结构与耐磨性研究

利用电弧喷涂技术在45#钢基体上制备了Fe基非晶合金涂层。与YG8球配副,在干摩擦条件下对涂层与45#钢的摩擦磨损性能进行了对比研究。采用XRD、扫描电镜及显微硬度计等分析仪器对涂层组织结构及磨损形貌进行表征。结果表明:涂层中含有非晶相,孔隙率较少,涂层平均硬度高达HV1124。与45#钢相比,涂层的摩擦因数较小,耐磨性明显高于45#钢基体,其磨损机制以片状剥落为主。

电站锅炉烟气余热利用耐腐蚀铁基非晶涂层材料研究

随着我国经济的发展和煤价的攀升,为响应国家节能减排的号召,国内许多电厂已将降低锅炉排烟温度、回收余热作为一项重要的整改措施,由此对耐低温酸露点材料提出了更高要求。针对这一现状,研究了铁基非晶涂层的耐硫酸露点腐蚀性能,结果表明:在质量分数为50%的硫酸溶液中间断腐蚀168 h后,非晶涂层的单位面积腐蚀质量损失远低于20G钢在相同条件下的腐蚀质量损失。电化学测试结果显示,非晶涂层与20G钢相比具有更小的腐蚀电流密度,较高的极化电阻,从而增加电化学反应的阻力,促进合金腐蚀更快地进入钝化区并保持更小的维钝电流密度。研究结果表明,非晶涂层具有优异的耐腐蚀性能,造价可控,可很大程度上促进余热利用在电厂的推广应用。

粉末中的晶化相对铁基非晶涂层腐蚀行为的影响

利用超音速火焰喷涂系统（HVAF）制备了Fe_（49.7）Cr_（18）Mn_（1.9）Mo_（7.4）W_（1.6）B_（15.2）C_（3.8）Si_（2.4）非晶涂层。采用X射线衍射仪和扫描电镜分析了粉末和涂层的形貌和微结构。通过动电位极化测试研究了该涂层在3.5wt%NaCl溶液中的耐腐蚀性。结果表明：粉末和涂层都是部分非晶态,而且涂层的非晶相含量高于粉末。涂层的耐腐蚀性能较差,这主要是由于涂层的晶化相含量较高。晶化相中的Cr、Mo和W含量高于其周边区域。晶化相的形成使周边区域中Cr、Mo和W的含量减少,也降低了周边区域的耐腐蚀性。因此,涂层表面晶化相含量高的粒子会被优先腐蚀。