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实际生产中,磨损作为工件失效的主要形式之一所造成的经济损失十分巨大。因此,提高工件的耐磨性延长其使用寿命,对于节约生产成本、提高生产效率都具有非常重要的意义。
TiB2材料具有高熔点、高硬度、高耐磨、导电性等优异性能,是一种具有广泛应用前景的新型陶瓷材料。本文采用大气等离子喷涂在Q235基体上制备了Al2O3-TiB2涂层,并利用氩弧对其进行重熔,研究了氩弧重熔对涂层组织结构及性能影响。并与相同功率下激光重熔涂层进行对比。采用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、激光扫描共焦显微镜、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度、环块磨损试验等方法对重熔前后的Al2O3-TiB2涂层进行了组织结构及性能测试与分析。
实验结果表明,等离子喷涂层中相成分主要包括α-Al2O3相、γ-Al2O3相和TiB2。氩弧重熔后,等离子喷涂层中亚稳态的γ-Al2O3相全部转变为稳定的α-Al2O3相。氩弧重熔后,涂层表面未熔颗粒消失,表面粗糙度Ra由6.824μm降低到4.092μm;致密性得到很大提高,TiB2以纳米级细长条状和几μm块状两种形式弥散分布在Al2O3中。
结构的致密、稳定态组织的转变,使得氩弧重熔涂层具有优异的显微硬度和耐磨性能。显微硬度可达2400~2600HV0,2,是重熔前涂层的2~5倍。高速环块磨损试验表明,在80N载荷下,当磨损进行到16000转后,氩弧重熔涂层磨损失量仅2.1mg,是工具钢GCr15对磨环的二十分之一。
在与氩弧重熔相同功率下进行激光重熔,得到相类似结果:涂层表面未熔颗粒消失,致密性提高;亚稳态γ-Al2O3全部转化为稳定相α-Al2O3;重熔消除了大量孔隙,晶粒细化,导电相TiB2相互连通形成闭合导电回路,因此重熔后涂层导电性良好;显微硬度仅差223HV0.3。
研究表明,利用氩弧对等离子涂层进行重熔,可以得到具有优异耐磨性能和导电性能的陶瓷涂层,可以预见低成本、工艺简单的氩弧重熔工艺应用前景非常广阔。