论文部分内容阅读
金属陶瓷复合材料，因其具有较高的强度、硬度，以及优异的耐磨性能和耐高温特性，使其在工行业中的应用范围越来越广泛，并引起科研工作者的极大关注，在金属陶瓷复合材料中，TiCN金属陶瓷复合材料因其优异的综合性能，备受科研人员的青睐，但是，在制备TiCN金属陶瓷复合材料的技术方面，存在着工艺复杂、设备成本高以及对专业技术人员素质要求高等诸多不足。为此探索出一条工艺简单、成本低以及操作简单的制备TiCN金属陶瓷复合材料的方法十分迫切。本文采用反应氮弧熔覆技术，该技术有效的将氮弧堆焊技术与原位合成技术结合起来，利用氮弧熔覆过程中的高温特性，使作为保护气体的N2被电离，并与处于熔融状态下的预涂粉末相互反应，在基体上原位合成TiCN增强相。采用TXⅡ500氩弧焊机，以工业氮气作为反应气体和保护气体，以钨极为电极，在Fe基表面制备TiCN金属陶瓷涂层。研究了不同工艺参数（预置粉末组分配比、氮气流量、熔覆电流、熔覆速度等）下涂层的微观组织形貌和结构、涂层裂纹和气孔等变化规律，对工艺参数进行优化。结果表明：最佳的粉末配比为Fe粉、C粉、Ti粉的摩尔比是1:1:1，此时熔覆层中FeTi0.03物相的衍射峰达到最强，此时熔覆层中N元素的保有量达到最大，有效的控制了脱氮现象的发生；最佳氮气流量为20L/min，最佳熔覆电流为200A，最佳熔覆速度为2mm/min，此时熔覆层的显微组织成型良好，并均匀致密的分布在枝晶和枝晶之间，涂层最大显微硬度约为基体硬度的4倍左右，涂层摩擦性能优异，涂层中未发现裂纹和气孔的出现。重点分析TiCN涂层的耐磨性能，采用HRS-2M往复摩擦磨损试验机对涂层与基体进行耐磨性能进行分析比较，结果表明：TiCN涂层的耐磨性能明显优于铁基体试样的耐磨性能，铁基体的摩擦系数与磨损失重大概为涂层的5倍左右。在粉末配置过程中加入适量Al粉，涂层的耐磨性能没有太大变化，采用SEM、EDS和XRD等仪器分析表明，加入Al粉后涂层的硬质相成分有所改变，从原来TiCN转变成TiAl(CN）。对TiCN涂层在农业刀具上的应用展开分析研究，综合分析了刀具的使用寿命和经济成本，结果表明，刀具的使用寿命得到了明显的提高，同时，也大大减少了刀具的使用成本。