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。

Preparation and properties of flame-sprayed Mo-FeB-Fe cermet coatings

The powders of Mo2FeB2 cermet were prepared with Mo powders, Fe-B alloy powders and Fe powders as raw materials. Mo2FeB2 cermet coatings were prepared on Q235 steel by reactive thermal spraying （RTS） method and heated at 1 000 ℃ in vacuum oven of 1 kPa for 5 h. The properties of coatings were investigated. The results indicate that Fe2B appears after milling for 15 h in the powder at room temperature, a part of ternary borides （Mo2FeB2） are generated in powder sintered at 900 ℃. The coatings are composed of the major phases Mo2FeB2 and a-Fe, a little of Fe203, FeO and some pores. The bonding strength between the substrate and the ceramic coating is 32.73 MPa, the thermal-shock times is about 43 and the wear resistance is enhanced by approximately 5.28 times compared with that of the substrate, respectively. The comprehensive properties of Mo2FeB2 cermet coatings can be imoroved further after vacuum heat-treatment at 1 000 ℃ for 5 h.

FeB和Fe_2B价电子结构与钢表面渗硼层硬化本质

依据EET理论,计算了FeB和Fe_2B价电子结构并分析了它们与钢渗硼层硬化的关系。研究发现:渗硼表面改性后,钢表面硬度和耐磨性提高的根本原因在于FeB和Fe_2B最强键的键合力远大于基体α-Fe最强键的键合力;FeB的硬度比Fe_2B大的微观本质在于FeB相最强键的键合力、主键络连接键的键合力和共价电子密度分别比Fe_2B的大27.12%、4.8%和3.66%;FeB相比Fe_2B脆性大的微观本质在于FeB共价键空间分布更不均匀,FeB相主键络具有较强的共价性,而Fe_2B相主键络具有较强的金属性;由于FeB相成键能力仅比Fe_2B的成键能力大0.85%,因此优先形成的Fe_2B相极易转变为FeB相,使得钢表面渗硼层的脆性增强。

氧对Mo_2FeB_2金属陶瓷性能的影响

考察了氧对Ｍｏ２ＦｅＢ２金属陶瓷性能的影响。结果表明：基体中的氧能与硼形成表观像玻璃的Ｂ２Ｏ３杂质，烧结时这些Ｂ２Ｏ３杂质能从基体内迁移到基体表面，而在基体内部留下了大量孔洞，恶化了基体性能。通过适当的工艺措施，减少Ｂ２Ｏ３杂质的形成。

烧结工艺和碳加入量对Mo_2FeB_2基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

采用反应烧结法制备了Mo_2FeB_2基金属陶瓷,用扫描电镜、能谱仪及X射线衍射仪等手段研究了烧结工艺和碳加入量对其显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着碳加入量的增大,金属陶瓷的硬度和抗弯强度均先增大再减小;当添加0.5%的碳时,在1100℃保温60 min并最终在1 280℃烧结60 min,能够获得完全致密且力学性能较好的Mo_2FeB_2基金属陶瓷,其抗弯强度达到1176 MPa。

Mo_2FeB_2金属陶瓷-钢覆层材料的制备及性能研究

以FeB、Mo、Fe等粉末为主要原材料,采用真空液相烧结技术,制备了Mo_2FeB_2金属陶瓷-钢覆层材料,并对其界面组织、耐磨性和界面相容性进行了研究。结果表明,Mo_2FeB_2金属陶瓷主要由Mo_2FeB_2硬质相和γ-Fe粘结相构成,组织致密,显微硬度高达1600HV0.5。Mo_2FeB_2金属陶瓷-钢覆层材料界面是无缺陷的冶金结合,具有良好的界面相容性。在界面存在一个从高硬度到低硬度的渐变过渡区。磨损试验表明,Mo_2FeB_2金属陶瓷-钢覆层材料具有比YG8硬质合金更好的耐磨性。

Q235钢表面反应火焰喷涂TiB_2/Mo_2FeB_2复相陶瓷涂层的耐蚀性

为了研究TiB2/Mo2FeB2复相陶瓷涂层的耐蚀性,以Mo粉、FeB粉、Fe粉及TiB2粉为原料,采用反应火焰喷涂技术在Q235钢上制备了TiB2/Mo2FeB2复相陶瓷涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)分析了粉体和涂层的物相组成与表面形貌,通过浸泡法测试了涂层耐蚀性。结果表明:涂层内含硬质相TiB2、部分Mo2 FeB2,TiO2、B2 O3,残留的Mo、TiB2等;TiB2/Mo2 FeB2复相陶瓷涂层的耐酸性、耐碱性、耐盐性分别为Q235钢基体的4.17,3.39,3.34倍。

微量铬元素对FeB相价电子结构的影响

进行了铬元素降低硼化物层脆性实验验证 ,用EET(ExperimentalElectronTheory)理论 ,着重分析了微量铬元素对FeB相价电子结构的影响。认为 :铬原子置换FeB相中的Fe原子 ,可改善FeB相空间键络分布不均匀的状况 ,使强键与弱键差值减小 ,提高弱键的键能 ,对其他键也有不同程度的强化作用 。

Mn对Mo_2FeB_2基金属陶瓷组织和力学性能的影响

以Mo、Fe、FeB和Mn等为原料,采用反应烧结法制备Mo2FeB2基金属陶瓷。利用SEM、EDS和XRD等技术对金属陶瓷显微组织、物相和微区合金元素进行分析,并采用固体与分子经验电子理论研究Mn对脆性第三相以及粘接相对硬质相润湿性的影响。结果表明:添加少量Mn使第三相各键的共价电子对数nα均得到提高,从而改善其脆性;同时Mn也降低液相形成温度,提高粘结相对硬质相的润湿性。因此,Mo2FeB2基金属陶瓷具有较好的力学性能。

WC增强Mo_2FeB_2基金属陶瓷的组织与性能研究

在三元硼化物Mo2FeB2基金属陶瓷的基础上添加不同量的WC进行真空液相烧结,并对烧成的试样进行表征。结果表明,添加WC颗粒不影响生成三元硼化物Mo2FeB2的原位液相反应过程,其可作为Mo2FeB2颗粒的形核中心,进一步促进材料烧结致密化,且WC颗粒与Mo2FeB2硬质颗粒形成结合良好的双硬质相,弥散分布在Fe基粘结相中,有效地增强了Mo2FeB2基金属陶瓷硬度及耐磨损性能。当WC添加量为20%(质量分数)时,材料硬度最高,达到HRA87.9,提高了7.2%,在砂轮对磨试验条件下其耐磨性最好,提高了10倍。

热处理对原位烧结合成Mo_2FeB_2陶瓷组织与性能的影响

用X射线衍射仪、扫描电镜、万能材料试验机研究了真空液相烧结制备的Mo2FeB2金属陶瓷热处理后的组织与性能。结果表明,真空液相烧结Mo2FeB2金属陶瓷主要由Mo2FeB2、MoB2、Fe2B相和铁基粘结相组成,经700～1000℃热处理后,MoB2、Fe2B相逐渐转化为Mo2FeB2相,并且Mo2FeB2晶粒细化,呈规则块状均匀分布在铁基粘结相中。Mo2FeB2金属陶瓷在700～1000℃范围内随热处理温度的升高,弯曲强度、断裂韧性与维氏硬度均增加,当热处理温度为1000℃时,其值分别达到1182.42MPa、13.59MPa·m1/2、9.114GPa,与未处理试样相比,分别增加了5.4%、6.0%、7.0%。

NbC含量对Mo_2FeB_2基金属陶瓷的显微组织和力学性能的影响

利用原位反应真空烧结法制备了不同NbC含量的Mo2FeB2基金属陶瓷试样,并对试样的显微组织及力学性能进行分析。结果表明,随着NbC含量的增加,硬质相颗粒得到细化且均匀分布在粘结相中;试样的硬度和耐磨性先提高后降低,当NbC的质量分数为6.0%时,试样的硬度最高,耐磨性能最好。

原位反应制备Mo_2FeB_2基金属陶瓷烧结过程热力学分析

对Fe-6B-48Mo-0.8C材料体系用液相烧结原位反应法制备了Mo2FeB2三元硼化物金属陶瓷,用SEM-EDS观察分析了烧结体的组织结构与成分组成,用热分析(DSC)、X射线衍射分析与热力学计算表征了体系的反应过程。结果表明,在该材料体系中,Fe2B、MoB2为反应中间相,Mo2FeB2为最稳定存在的相,呈条块状均匀分布在铁基粘结相中。通过热力学计算分析,在Mo-Fe-B三元体系中,Mo2FeB2的Gibbs自由能最低,形成能力最强,在481.8℃开始形成Fe2B,当温度达到1293.7℃时,该体系形成最稳定的Mo2FeB2相,并使材料致密化。

FEB聚变实验增殖堆氚投料量及氚回收的研究

运用三维ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ程序ＭＯＲＳＥ－ＣＧＴ，计算了聚变实验增殖堆ＦＥＢ满功率运行１０ｄ后外侧包层各区中的氚浓度、运行１ｄ后内侧包层各区中的氚浓度及运行１ＦＰＹ（满功率年）后Ｂｅ球中的氚投料量，设计了ＦＥＢ堆现场氚的分布流程图。采用组合的燃料净化系统和低温分馏法从等离子体排出气体中回收氚，讨论了从液态锂中回收氚的几种方案用于ＦＥＢ的可行性。

球磨时间对Mo_2FeB_2基金属陶瓷组织和力学性能的影响

以Mo、FeB、Cr、Ni、Fe粉末以及少量的C粉为原料,采用行星球磨法对其球磨后烧结制备Mo2FeB2基金属陶瓷,利用扫描电镜观察球磨粉及其烧结试样的组织形貌,并测定烧结试样的孔隙度、硬度和抗弯强度,研究原料粉末球磨时间对Mo2FeB2基金属陶瓷组织和力学性能的影响。结果表明,随着球磨时间的增加,粉末粒度逐渐变小,Mo2FeB2基金属陶瓷的孔隙度明显降低,其硬度和抗弯强度明显增大,晶粒也随之细化;球磨30h原料粉末所制Mo2FeB2基金属陶瓷的综合性能最优,其硬度(HRA)达到90.2,抗弯强度达到1850MPa。

Mo_2FeB_2基新型硬质合金的制备

本文采用真空反应烧结法原位合成制备了Mo2FeB2基新型硬质合金,研究了Mo2FeB2基新型硬质合金及烧结温度和保温时间对合金组织和性能的影响。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对试样的组织和物相进行了分析,测定了试样的密度、抗弯强度(TRS)和硬度(HRA)。实验结果表明,提高烧结温度或延长保温时间都会导致合金中的Mo2FeB2颗粒形貌从近球形向长条形转变,导致抗弯强度降低。本实验烧结温度为1 270℃,保温0min时获得的硬质合金的组织和性能最佳,其抗弯强度为1 780MPa,硬度为86HRA。

FEB-E氚循环系统的计算机模拟

对聚变实验增殖堆（ＦＥＢ）工程概要设计的氚燃料循环构造了一个动态子系统模型，研制了模拟氚燃料循环系统的计算机程序ＳＷＩＴＲＩＭ，计算了运行一年后１０个子系统中的氚投料量和整个堆系统总的氚投料量。这对预示起动一个聚变热功率为１５０ＭＷ量级的实验增殖堆所需要的最少初始氚投料量有参考价值。计算结果表明，要求的最少初始氚贮备量除了与燃料气体净化系统和同位素分离系统中氚的平均逗留时间有关外，还与包层液态锂中提取氚的周期有关，特别是液态锂中可提取的最低氚浓度有关。另外，等离子体中的氚在第一壁、孔栏和偏滤器材料中的滞留量，在中子倍增材料Ｂｅ球中产生的氚和植入的氚也将影响要求的最少氚贮备量。

Fe_2B-Mo_2FeB_2基金属陶瓷的显微组织与性能

采用XRD、SEM及EPMA等方法研究Fe2B-Mo2FeB2基系列金属陶瓷的显微组织与性能。结果表明:Fe2B-Mo2FeB2基系列金属陶瓷的相组成均为Fe2B相、Mo2FeB2相、Fe3B相及少量Fe基黏结相,C及Mo原子分别部分置换Fe3B相中的B及Fe原子是该相能稳定存在于室温的重要原因。随着Mo含量的增加,金属陶瓷的硬度略有提高,抗弯强度由371 MPa增至833 MPa,提高452 MPa,增幅达到121.8%;金属陶瓷中长棒状Mo2FeB2相与Fe3B相复合组织含量增加的同时,Fe2B相含量减少是金属陶瓷获得优异性能的原因。

托卡马克实验混合堆 FEB 嬗变 MA 可行性研究

研究了在聚变实验混合堆ＦＦＢ设计中，嬗变长寿命放射性少锕系（ＭＡ，ＭｉｎｏｒＡｃ－ｔｉｎｉｄｅｓ）核废物的可行性。应用改进的一维中子输运和燃耗计算程序ＢＩＳＯＮ３．０，完成了嬗变中子学与核素贫化计算。研究了核废物的嬗变率与辐照时间、包层厚度和废物装载量的关系，并对系统有关参数的选择进行了优化设计。结果表明，该设计（ＭＡ＋Ｐｕ）可年嬗变处置来自５５座相同功率的ＰＷＲ卸出的ＭＡ核废物，同时输出热功率５．４ＧＷ（ｔｈ）。

FEB-E偏滤器结构的优化设计

在参考ITER和JT 6 0U等先进偏滤器结构的基础上 ,结合FEB E的实际要求 ,对原来的FEB开放式偏滤器进行了结构的优化设计 ,并介绍了FEB