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针对农业机械化作业的特点,为解决旋耕刀、犁铧等触土刀具制造成本高、易磨损、失效频繁和寿命低等现状,研究开发了金属表面熔覆陶瓷新工艺。采用等离子弧(PTA)熔覆技术在Q235钢表面原位合成Ti(C,N)-WC、Al2O3-Ti(C,N)等硬质相颗粒的金属陶瓷复合材料涂层,通过调节和控制工艺参数及改变原料粉末添加量、配方,研究了复合涂层的组织结构及耐磨耐蚀性,分析了涂层形成机理,并采用正交试验法优化了熔覆工艺参数,为Ti(C,N)/金属复合涂层应用于农机材料表面强化提供参考。研究表明,采用Ti N粉末为固体氮源原位合成了Ti(C,N)-WC/Ni60A基金属陶瓷复合涂层,该涂层与基体呈冶金结合,其表层中多角片状WC较多,次表层由呈芯-环结构的硬质相埋置于粘结相之中构成。随着Ni60A含量的增加,涂层中硬质相晶粒减少,包覆相不完整,芯壳结构逐渐消失,涂层硬度降低;随着Ti N含量的增加,硬质相晶粒细化,包覆相厚度减小或不完整,孔隙相、裂缝增多,并出现脆生相Ni3Ti,涂层硬度降低;随着WC含量的增加,改善了硬质相与粘结相之间的润湿性,抑制了硬质相晶粒长大,涂层硬度提高,当WC含量为12Wt%时涂层硬度最高。对Ti-C-N-W-Fe-Ni体系进行了热力学分析,生成的Ti(C,N)颗粒自由能最低,生成物最稳定,生成含Ti(C,N)硬质相颗粒是可行的;对体系进行了反应动力学分析,建立了反应动力学模型及特征方程,通过减少Ni60A含量、提高温度、减小中间层厚度、细化碳颗粒等方法可提高生成Ti C、Ti(C,N)的反应速率;硬质相颗粒扩散距离与体系的绝对温度、熔覆时长、颗粒直径及金属液体粘度系数有关。涂层硬度最高HV0.52040,平均硬度HV0.51750,约为基体硬度的7.2倍;涂层干滑动摩擦系数平均值为0.38,其耐磨性比65Mn钢及Q235基体分别提高6倍及16倍;以磨损量为考察指标对熔覆工艺参数进行优化,最佳水平组合为A3B2C3D3E2;WC含量为12Wt%的涂层在酸性及氯化钠溶液环境中腐蚀速率分别为基体的1/9和1/4,涂层耐腐蚀性能优于基体。采用Ti N粉末为固体氮源,以铝热剂的放热反应提供内在热源、等离子弧柱为外在热源,原位合成了Al2O3-Ti(C,N)基复合材料涂层,涂层与基体呈冶金结合,涂层由网状、嵌套、球状等三种结构组成,硬质相Al2O3、Ti(C,N)与粘结相Fe-Ni之间相互包裹、互相嵌套,构形成空间网状骨架结构。涂层硬度最高可达HV0.52160,平均硬度HV0.51870,约为基体Q235钢的7.7倍;涂层摩擦系数约为0.372,其耐磨性比65Mn钢及Q235钢分别提高7倍多及17倍多;在酸性和氯化钠盐溶液环境中,涂层腐蚀速率分别为Q235钢的1/10和1/5,涂层耐腐蚀性能优于基体。采用三聚氰胺为碳氮前驱体预先制备g-C3N4粉末并以其为碳氮源,原位合成了Ti(C,N)基复合涂层,涂层与基体呈现冶金结合,涂层主要由芯-壳结构和多角片状WC硬质相弥散于Fe-Ni粘结相之中构成;涂层硬度最高HV0.51830,平均硬度HV0.51700,约为基体材料的7倍;涂层摩擦系数约为0.42,其耐磨性比65Mn钢和Q235钢分别提高4.7倍及11.6倍;在酸性及氯化钠溶液环境中,涂层腐蚀速率分别为Q235钢的1/7倍和2/7,以三聚氰胺为前驱体的复合涂层耐蚀性优于基体。