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。

镀镍碳纳米管对Mo_2FeB_2基金属陶瓷组织与性能的影响

采用化学镀法对碳纳米管进行表面镀镍处理,再利用真空液相烧结法制备出以镀镍碳纳米管为增强体的Mo_2FeB_2基金属陶瓷复合材料,借助SEM、EDS、硬度计等研究了添加镀镍碳纳米管对Mo_2FeB_2基金属陶瓷微观组织及力学性能的影响。结果表明,添加适量镀镍碳纳米管可细化Mo_2FeB_2基金属陶瓷组织并控制其孔洞尺寸及数量,显著提高其硬度及断裂韧性。当镀镍碳纳米管添加量为0.5%时,所得试样的晶粒最为细小,晶粒尺寸大约为1.2μm,材料的力学性能最佳,其硬度和断裂韧性分别达到1228.4HV0.3及15.90MPa·m12,相应增韧机制为裂纹偏转、桥接增韧、撕裂棱增韧和微孔洞增韧。

TiC含量对Mo_2FeB_2基金属陶瓷的组织与力学性能的影响

在制备Mo_2FeB_2基金属陶瓷原料中,添加3%~12%(质量分数)TiC微粉,经球磨、压制、真空烧结后,采用金相显微镜、扫描电镜和能谱仪分析了试样的显微组织和微区成分,采用硬度计和材料试验机检测其力学性能,并与砂轮对磨分析其耐磨性能。结果表明:添加TiC有助于细化Mo_2FeB_2基金属陶瓷的组织和提高其均匀性,TiC能大幅度提高Mo_2FeB_2基金属陶瓷的硬度、抗弯强度和耐磨性。

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。

45钢表面激光熔覆Mo_(2)FeB_(2)涂层的工艺参数优化研究

本文探究了利用激光熔覆技术在45钢表面制备Mo_(2)FeB_(2)涂层的工艺参数优化问题。采用田口法设计正交实验,选取激光功率、扫描速度、送粉速率作为工艺参数,以稀释率和显微硬度作为评估成型质量的响应目标,通过信噪比和方差分析研究了工艺参数和响应目标的关系,并结合灰色关联分析进行工艺参数优化,得到最佳工艺参数组合为:激光功率5000 W、扫描速度13.6 mm/s、送粉速率15 g/s。使用这一参数组合进行激光熔覆实验,结果显示,相比于正交实验得到的结果,两个响应目标均有所改善,涂层质量显著提升,验证了田口-灰色关联方法的可靠性。

水轮机过流部件Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷覆层制备及组织性能研究

本文通过1200℃热等静压工艺在水轮机过流部件06Cr13Ni4Mo钢表面制备Mo_(2)FeB_(2)基金属陶瓷覆层,采用OM、SEM和EDS对金属陶瓷覆层的组织及其与基体的冶金结合进行表征,采用硬度仪检测覆层的显微维氏硬度。结果表明:Mo_(2)FeB_(2)基金属陶瓷覆层组织均匀,与钢基体完全融合,微观组织由硬质相和基体相组成,硬质相主要呈等轴块状和少量长条状,均匀分布于基体中;覆层组织的显微维氏硬度为1180 HV1。热等静压后不锈钢基体的强度、硬度降低,塑韧性提高。

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.

TiC对激光熔覆Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷组织和性能的影响

Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷具有高硬度,优异的耐磨、耐腐蚀性能,应用前景广阔。文中对激光熔覆制备Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷进行了研究,采用扫描电镜(SEM)及其附带的能谱(EDS)、X射线衍射仪、硬度计及磨损试验等手段,研究了粉末中TiC加入量对熔覆层组织与性能的影响。结果表明,通过熔池的冶金反应原位合成获得了以Mo_(2)FeB_(2)为硬质相的熔覆层;随着粉末中TiC添加量的增加,硬质相由不添加TiC的细长条状变为块状,且尺寸逐渐减小;添加5%TiC粉末时,熔覆层的显微硬度最高,达到994HV,其耐磨性是Q235的3.27倍,主要为粘着磨损,母材Q235为磨料磨损。

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。

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。

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。

Mo含量对铁硼基合金烧结性能的影响

主要研究了Mo的含量对Fe-7B-Mo合金烧结性能的影响.实验结果表明:硼铁中加入Mo元素,使硼铁试样的烧结密度和硬度提高;Mo含量越多,密度和硬度越高,生成组织中脆性相Fe2B越少,细小的Mo2FeB2相越多,相应材料的强韧性越好,耐熔融锌腐蚀性越强.

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。

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。

堆焊Mo-Cr-Fe-B合金覆层的组织及性能研究

采用自制Mo-Cr-Fe-B系药芯焊丝通过堆焊法在Q235钢基体表面制备覆层。借助光学显微镜、SEM、XRD、EDS、显微硬度计、磨损试验机等对覆层及结合界面的组织结构、物相、硬度分布及耐磨性进行了表征与分析,并研究了覆层堆焊成型的反应过程。结果表明,覆层主要由Mo_2FeB_2、M_3B_2(M:Mo、Cr、Fe)、Fe_2B、Fe(Cr、Mo)等相组成,覆层与钢基体结合良好,在覆层-钢基体界面结合处有元素的扩散,覆层硬度最高可达980HV0.5且耐磨性良好。

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。

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。

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。

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。