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TiB2因其具有高硬度、高熔点和高温抗氧化及耐磨等优异性能,在提高其他材料的抗氧化和耐磨性能方面显示出了广泛的应用前景。然而TiB2高温韧性差和扩散系数低等缺陷限制了其应用。本文采用“壳核型”型Ni包覆TiB2粉末,在304不锈钢表面运用大气等离子喷涂和超音速火焰喷涂技术制备TiB2-50wt.%Ni金属陶瓷复合涂层。采用SEM、XRD和摩擦磨损试验机对涂层的组织结构、物相结构、显微硬度和孔隙率等进行了表征,开展不同条件下摩擦磨损性能的研究,得到了如下主要结果。 研究了等离子喷涂功率对TiB2-xNi涂层结构和性能的影响:随着喷涂功率的提高,喷涂粉末融化更充分,涂层沉积良好,得到喷涂功率为28kW条件下涂层孔隙率为12.05%,显微硬度达到740.53HV的TiB2-50wt.%Ni涂层。XRD结果表明涂层物相与原始喷涂粉末一致主要为TiB2和Ni相,“壳核型”粉体的使用有效的抑制了在大气等离子喷涂条件下TiB2的氧化分解。 采用超音速火焰喷涂技术制备TiB2-50wt.%Ni涂层,并以涂层的孔隙率和硬度为优化目标,优化工艺设计,获得了超音速火焰喷涂技术制备TiB2-50wt.%Ni涂层最佳工艺参数为:氧气流量45m3·h-1,燃油流量22LPH,喷涂距离300mm,送粉速率80g·min-1。在此工艺参数下TiB2-50wt.%Ni涂层孔隙率仅为2.3%,仅为大气等离子喷涂涂层的18.4%,显微硬度达到766.56HV,为基材的3.4倍,结合强度达到22.61MP。 研究了室温下摩擦速率和载荷对304不锈钢基材及TiB2-50wt.%Ni复合涂层的摩擦磨损行为,结果表明:随着摩擦速率与载荷的增大,304不锈钢与TiB2-50wt.%Ni摩擦系数减小,磨损率增加,当载荷为40N和速率900r/min时,HVOF涂层的磨损率分别为1.55×10-5mm3/N·m和1.16×10-5mm3/N·m,基材磨损率分别为3.19×10-5mm3/N·m和2.28×10-5mm3/N·m,涂层仅为基材的一半,可见涂层有效的提高了基材耐磨损性能。常温下304不锈钢基体主要磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损,涂层主要为粘着磨损。 研究了TiB2-50wt.%Ni复合涂层和304不锈钢基材高温摩擦磨损行为,实验结果表明,高温环境下304不锈钢基材摩擦系数波动大,磨损率急剧增加;TiB2-50Ni涂层摩擦系数随温度升高波动不大;当温度为600℃时,HVOF涂层磨损率为2.73×10-5mm3/N·m仅为不锈钢基材磨损率11.07×10-5mm3/N·m的四分之一;且温度对涂层磨损影响不大,涂层具有优异的高温摩擦磨损性能。