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。

Nb掺杂对Mo_(2)FeB_(2)弹性、硬度和电子结构影响的第一性原理计算

Mo_(2)FeB_(2)具有耐高温、耐磨、高强度,是一种良好的硼基金属陶瓷材料,在模具领域有很广阔的应用前景.本文采用第一性原理计算的方法,研究了Nb元素掺杂Mo_(2)FeB_(2)合金的结构稳定性、弹性、硬度和电子结构.结合能和生成焓的计算结果表明,Nb在Mo_(2)FeB_(2)中更容易占据Fe位置,并且在Fe位掺Nb的Mo_(2)FeB_(2)比在Mo位处掺Nb具有更好的力学性能.此外,计算结果还表明,Nb掺杂可以提高Mo_(2)FeB_(2)的剪切模量、杨氏模量、体积模量和硬度,但塑性略有下降,合适的掺杂浓度应为2.5 at.%.电子结构计算结果表明,Nb掺杂Mo_(2)FeB_(2)力学性能的提高可归因于Nb-B共价键的形成.

碳化物改性Mo_(2)FeB_(2)覆层材料制备及性能研究

采用碳化钨-碳化铬等比例掺入三元硼化物(Mo_(2)FeB_(2))硬质合金覆层材料体系中,研究了其性能。研究结果表明,Mo_(2)FeB_(2)覆层材料的抗弯强度和维氏硬度都得到提高,碳化物掺入可以大幅度提高覆层材料力学性能;确定复合碳化物最佳掺入量为12wt%。微观分析显示,覆层材料液相真空烧结过程中生成Mo_2FeB_2硬质相及掺入的碳化钨、碳化铬硬质相,覆层材料硬质相数量和种类增加,孔洞较少,力学性能、韧性得到改善。

扫描速度对Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷激光熔覆层组织和耐磨性能的影响

采用激光熔覆工艺在Q235钢板表面制备Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷熔覆层,研究了激光扫描速度对熔覆层组织、显微硬度和耐磨性能的影响。结果表明:Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷熔覆层由Mo_(2)FeB_(2)、(Mo,Fe,Cr)_(3)B_(2)、CrB、MoB、Fe-Cr等相组成;随着扫描速度的增大,Mo_(2)FeB_(2)硬质相由长条状转变成块状,尺寸减小;扫描速度对硬质相含量的影响不大;随着扫描速度的增大,Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷熔覆层的平均显微硬度和磨损质量损失均先减小后增大;扫描速度为400 mm·min-1时熔覆层的硬度较高,耐磨性能最好。

等离子喷涂与激光重熔复合制备Mo_(2)NiB_(2)涂层的组织和性能研究

采用大气等离子喷涂方法在Q235低碳钢表面制备Mo_(2)NiB_(2)基金属陶瓷涂层,选取300 W和500 W功率对其进行激光重熔。结果表明,激光重熔可以显著减少涂层的缺陷,使组织结构变得更加致密,界面处的弱机械结合转变为良好的冶金结合。随着激光功率的提高,涂层的结合强度和耐腐蚀性能提高,最大结合强度为38.08 MPa,最小腐蚀电流为0.033μA/cm^(2),但硬度和耐磨性降低,最小硬度为1781HV0.2,最大体积摩擦率为6.25×10^(-5)mm^(3)/(N·m)。上述等离子喷涂及2种激光重熔的Mo_(2)NiB_(2)基金属陶瓷涂层的硬度、结合强度、耐磨性和耐腐蚀性都明显高于Q235低碳钢基体。

WC添加量对等离子喷涂Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷涂层组织和耐腐蚀性能的影响

采用等离子喷涂法在Q235钢表面制备不同质量分数(0,10%,15%,20%,25%)WC改性Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷涂层,研究了WC添加量对涂层物相组成、显微组织和耐腐蚀性能的影响。结果表明:WC改性Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷涂层均主要由Mo_(2)FeB_(2)、WC、W_(2)C、铁和铁的氧化物相组成;当WC质量分数由0增加至15%时,金属陶瓷涂层的Mo_(2)FeB_(2)和WC双硬质相数量增多,尺寸减小,分布趋于均匀,当WC质量分数超过15%时,双硬质相发生聚集,孔隙率增大,涂层致密性下降;当WC质量分数为15%时,涂层组织最均匀致密,耐腐蚀性能最好。

碳含量对Mo_(2)FeB_(2)基金属陶瓷的影响

采用真空烧结工艺制备了4种不同碳含量0、0.25%、0.5%、1%(质量分数,下同)的Mo_(2)FeB_(2)基金属陶瓷,研究了碳含量对金属陶瓷微观组织和力学性能的影响。结果表明:随着碳含量的增加,金属陶瓷的液相形成温度降低,金属陶瓷的硬度和抗弯强度呈先增大后降低的趋势。当碳含量为0.5%时,硬质相和粘结相两相组织分布最为均匀致密,金属陶瓷的硬度和抗弯强度最佳(88.5 HRA,1858.5 MPa)。当碳含量增加到1%时,过量的碳与Fe形成了脆性Fe_(3)C相,导致组织粗化和力学性能降低。

稀土对激光熔覆Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷组织和硬度的影响

真空烧结工艺制备Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷存在设备投资大、生产效率低、成本高和工程应用适应性差的弊端。对激光熔覆制备Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷进行研究,采用扫描电镜(SEM)、硬度计等手段,探讨稀土(Rare earth,RE)含量对熔覆金属组织和硬度的影响。结果表明,相比不加稀土,添加质量分数2%RE的熔覆层硬质相明显细化,随着稀土添加量的进一步增加,硬质相开始团聚并相互连接。添加稀土使更多的Cr元素置换了Mo_(2)FeB_(2)的Fe元素,添加2%RE时置换较多,添加8%RE时最多,而添加4%RE时置换较少。添加0、2%、4%和8%RE的熔覆层硬质相面积分数分别为30.84%、53.74%、71.25%和54.92%,平均显微硬度分别为627HV、923HV、1008HV和742HV。添加稀土的硬质相面积分数和熔覆层硬度明显提高。

烧结气氛对Mo_2FeB_2金属陶瓷组织与性能的影响

以钼粉、铁粉、硼铁合金粉为原料,采用粉末冶金的方法,分别在真空、N2和Ar气氛下制备Mo2FeB2金属陶瓷材料。研究了烧结气氛对Mo2FeB2金属陶瓷密度、成分、力学性能以及显微组织的影响。研究结果表明,在同样烧结温度下,试样在真空气氛下的烧结密度为8.23g/cm3,硬度为75.3HRA,抗弯强度为1246.38MPa,优于在N2和Ar气氛下烧结制备的试样的密度、硬度和抗弯强度。金属陶瓷在N2和Ar中烧结后,碳含量比在真空中烧结的碳含量低1.0%～1.2%,而氧、氮含量均高于真空中烧结的含量。论文还通过对材料的显微组织的分析,发现真空气氛下制备的试样组织发育良好,结构致密,并阐述了不同烧结气氛对该材料组织结构影响的原因。

船机修造用Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷涂层的有限元模拟及性能分析

为改善船机修造用Q235钢的表面性能,采用微束等离子堆焊法在Q235钢表面制备Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷涂层,利用ANSYS对涂层成型过程中的温度场和残余应力进行模拟分析,并分析涂层的微观结构和摩擦学性能。研究表明:涂层与基材间可形成良好的冶金结合;涂层维氏硬度可达661.0,高于Q235钢的4倍以上;在摩擦过程中,涂层主要发生磨粒磨损行为,而Q235钢出现黏着磨损行为,涂层可使Q235钢的磨损率下降20%以上。ANSYS的温度场和应力场模拟结果表明,由于等离子输入能量速率大于基材的热传导速率,涂层温度随堆焊时间的增加而升高,可达2700℃以上,且堆焊层区的温度显著高于热影响区。堆焊层区高的温度变化率引起了堆焊层区较高的残余拉应力集中,该残余拉应力不利于涂层摩擦磨损性能的进一步提高。

Fe-44.4%Mo-4.9%B-2.5%Cr-2.9%Ni金属陶瓷烧结阶段晶粒生长机理

Mo_(2)FeB_(2)基金属陶瓷是以Mo、Fe、Cr、Ni、FeB、C为原料,采用反应硼化烧结法制备而成,具有高硬度、高强度和高韧性的特点,并且制造成本相对低廉。本文采用真空液相烧结的方法制备Fe-44.4%Mo-4.9%B-2.5%Cr-2.9%Ni金属陶瓷,研究固相、液相烧结阶段金属陶瓷硬质相形貌及生长过程与机理。结果表明:在600℃前,Fe与片状FeB生成Fe_(2)B相,进入固相烧结阶段;随温度升高至900℃,在升温过程中Mo在Fe_(2)B界面上与Fe_(2)B反应形核生成Mo_(2)FeB_(2),生长方式表现为螺旋生长,并且形成生长台阶;温度继续升高至1000℃,Mo_(2)FeB_(2)晶粒继续长大,突破临界半径,开始析出小Mo_(2)FeB_(2)晶粒;温度升高至1050℃,溶解析出一直进行,Mo_(2)FeB_(2)开始长大成截面为正六方形的晶粒。期间经历形核、螺旋生长、溶解析出、形成截面为正六方形晶粒四个阶段,最终由Mo和FeB、Fe_(2)B相形成正六方形的Mo_(2)FeB_(2)晶粒。在1050℃后会进入液相烧结阶段,Mo_(2)FeB_(2)硬质相柱状生长,其长轴、短轴晶粒生长激活能分别为317 kJ/mol和402kJ/mol,因此Mo_(2)FeB_(2)晶粒更易沿长轴生长,最终生长为长条状。

热处理对钢基/Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷的性能影响

Mo_(2)FeB_(2)基金属陶瓷具有优异的力学性能,以钼粉、还原铁粉、硼铁粉以及碳化钨粉等为基础原料,采用氩弧焊进行堆焊制备堆焊涂层。在实验室分别进行淬火、正火以及回火热处理,采用显微硬度计、金相显微镜、XRD衍射仪对硬度及组织进行分析。结果表明:采用不同热处理对金属陶瓷的组织和力学性能是有一定影响的,回火热处理后的组织和力学性能均要优于正火、淬火热处理。

The Hot Corrosion Performance of NiCr-Cr_3C_2 Cermet Coating to Boiler Tube

Three kinds of NiCr-Cr 3C 2 cermet coatings were designed and deposited by the subsonic velocity flame spraying, and their performances of hot corrosion performance were evaluated in comparison with 102G, 20G boiler tube steel, FeCrAl, NiCrTi, Ni50Cr and NiCrAlMoFe-Cr 3C 2 coatings, which are widely used at present for protection of boiler tubes. Meanwhile,the influence of sealer on the hot corrosion resistance of various coatings and the mechanisms of coating corrosion were explored.

Cr含量对Mo_(2)FeB_(2)基金属陶瓷组织和性能的影响

采用真空液相烧结法制备了Mo_(2)FeB_(2)基金属陶瓷,研究了Cr添加量(质量分数0~11%)对其组织和力学性能的影响。结果表明:Cr的添加使金属陶瓷出现Fe_(23)B相,Cr完全固溶于Fe基粘结相中;随着Cr添加,硬质相晶粒逐渐由柱状晶向等轴晶转变;当Cr添加量为9%时,金属陶瓷的孔隙率最小,致密度最高,当Cr添加量大于9%时,金属陶瓷中的孔隙明显增多,金属陶瓷的致密性下降;随着Cr添加量的增加,金属陶瓷的硬度和抗弯强度先增大后减小,断裂韧性持续下降,当Cr添加量为9%时,硬度和抗弯强度均达到最大值,分别为89.7HRA、1834MPa,断裂韧性为13.8 MPa·m^(1/2)。随着Cr添加量的增加,金属陶瓷的腐蚀电位和腐蚀电流密度逐渐减小,极化电阻逐渐增大,阻抗半圆半径逐渐增大,其耐蚀性逐渐增强。

船舶维修与再制造用Mo_(2)NiB_(2)基金属陶瓷及涂层的制备和研究现状

在海洋高盐、高湿、磨损及循环载荷冲击的恶劣环境中,船舶关键零部件易发生腐蚀、磨损和疲劳失效,因此零部件需要进行维修与再制造,如通过焊接或激光熔覆等方法在表面制备一层耐腐耐磨涂层。Mo_(2)NiB_(2)基金属陶瓷因具有高硬度,优良的耐磨、耐蚀、耐高温氧化等性能而成为维修与再制造用涂层材料。简要描述了数值模拟在Mo_(2)NiB_(2)基金属陶瓷研究中的应用,详细介绍了Mo_(2)NiB_(2)基金属陶瓷或涂层的制备工艺以及不同工艺参数对材料组织和性能的影响,指出激光熔覆原位合成结合数值模拟是未来Mo_(2)NiB_(2)基金属陶瓷主要的研究方向。

送粉速率对等离子喷涂Mo_(2)NiB_(2)基金属陶瓷涂层性能的影响

采用大气等离子喷涂法在Q235钢基体表面制备Mo_(2)NiB_(2)基金属陶瓷涂层,研究了送粉速率(40~80 g·min^(-1))对Mo_(2)NiB_(2)涂层硬度、结合强度、耐腐蚀性能的影响。结果表明:不同送粉速率下Mo_(2)NiB_(2)涂层主要由Mo_(2)NiB_(2)陶瓷相、MoNi_(4)合金相和MoB_(2)硬质相组成,在送粉速率为60 g·min^(-1)时涂层质量最佳;随着送粉速率的增大,Mo_(2)NiB_(2)涂层的硬度和结合强度先提高后下降,且均在送粉速率为60 g·min^(-1)时达到最大,分别为2107 HV,29.23 MPa;Mo_(2)NiB_(2)涂层的耐腐蚀性能随送粉速率的增大而增强,在送粉速率为80 g·min^(-1)时达到最佳。

铺粉厚度对Mo_(2)FeB_(2)涂层组织与性能影响研究

为了探究铺粉厚度对Mo_(2)FeB_(2)涂层成形质量和性能的影响机制,采用激光熔覆预置粉末法制备Mo_(2)FeB_(2)涂层,研究铺粉厚度对Mo_(2)FeB_(2)涂层形貌、显微组织、显微硬度及耐磨性的影响。研究发现:当铺粉厚度增加,涂层的高度、宽度增加,稀释率逐渐降低;铺粉厚度对涂层的相组成没有影响,但涂层中存在的主要相组成有助于提高涂层的硬度、耐磨性等性能;对涂层的微观组织观察发现,随着铺粉厚度的增加,枝晶的数量呈现先增大后减小的趋势,枝晶大小先不变后减小,且铺粉厚度为1.0 mm时枝晶间隙小于另外两种厚度;金相打点测试和元素映射结果表明涂层中出现明显的元素偏析;显微硬度测试表明,铺粉厚度的增加有利于提高涂层的平均硬度;磨损测试表明,铺粉厚度的增加有利于提高涂层的耐磨性能。通过对不同铺粉厚度的宏观形貌、微观组织、硬度及耐磨性分析,综合实际需求与经济效益,1.0 mm为最佳铺粉厚度选。

ZrO_2-Ni等离子喷涂涂层的残余应力

对不同镍含量的ＺｒＯ２－Ｎｉ等离子喷涂层采用Ｘ射线应力分析技术测试涂层表面应力，用曲率测试应力分析方法测定涂层平均应力，两者有较好的相关性，均表明涂层的残余应力为较小张应力。据测试的曲率半径估算了二层、三层、四层和六层阶梯涂层各层的平均残余应力和涂层喷涂的平均温度，结果表明多层过渡结构对改善涂层残余应力作用甚微，所估算的喷涂温度与实际操作条件基本相符。

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。

基于第一性原理的Mo_(2)CoB_(2)三元过渡金属硼化物掺杂效应研究

利用第一性原理计算研究了掺杂第四周期过渡金属元素对Mo_(2)CoB_(2)的结构、力学和热力学性质的影响。通过计算结合能和形成焓以及与Born-Huang标准比较,发现所有模型都满足力学与热力学稳定条件。采用点缺陷理论确定了掺杂元素在Mo_(2)CoB_(2)晶体中的占位以及占位偏好。结果表明,Sc和Ti对Mo点位表现出强烈的占位偏好,V对Mo点位仅有较弱的占位偏好。同时,Cr、Mn、Fe、Cu和Zn对Co点位具有较弱的占位偏好,而Ni对Co点位有较强的占位偏好。通过对比计算得到德拜温度,发现除Mo7TiCo4B8、Mo7VCo4B8和Mo7CrCo4B8外,其他掺杂模型的德拜温度都低于未掺杂模型,这说明实验中应尽量避免在Mo_(2)CoB_(2)硬质相中大量添加除Ti、V和Cr以外的过渡金属元素。最后,除Cr掺杂模型外,其他掺杂模型的硬度计算结果都低于未掺杂的模型。同时,占据偏好点位的掺杂元素模型的硬度通常比占据非偏好点位的更高。本研究为开发性能更好的Mo_(2)CoB_(2)金属陶瓷提供了理论支持。