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近年来利用TiB2的高强度、高硬度及其优异的高温性能制备耐磨涂层引起了国内外研究者的广泛关注。有关利用等离子喷涂、HVOF喷涂方法成功制备TiB2颗粒增强金属基复合(MMC)耐磨涂层均有报导。本研究采用成本低、操作方便,适合现场施工的电弧喷涂,制备了四种结合强度高、组织均匀的TiB2颗粒增强的复合涂层。采用电弧喷涂技术结合预先加入预处理过的一定数量TiB2基陶瓷粉末的粉芯丝材,成功制备了NiCr-TiB2(TiB2/Al2O3)和304L-TiB2(TiB2/Al2O3)四种复合涂层。
论文研究了用含TiB2陶瓷颗粒的粉芯丝材进行电弧喷涂时的雾化粒子特性,研究了合金粉末及陶瓷颗粒度对雾化特性、粒子铺展性能及涂层性能的影响。试验结果表明采用Fe-TiB2/Al2O3丝材喷涂时,产生的雾化液滴尺寸略大,复合涂层的组织均匀性差；随着TiB2陶瓷粉末的粒度减小到5μm以下,扁平粒子形貌呈较理想的圆盘状；加入合适比例的合金粉末Ni、Cr和Al可提高涂层的结合强度,硬度和耐磨性。
分析研究NiCr-TiB2、NiCr-TiB2/Al2O3、304L-TiB2、304L-TiB2/Al2O3四种含TiB2的金属基复合涂层的组织及其显微结构,结果表明电弧喷涂复合涂层的金属粘接相为典型的柱状晶,具有快速凝固的组织特征,内部有位错。NiCr-TiB2和304L-TiB2涂层中部分TiB2保持了原始粉末的尺寸和形状,边缘略为圆滑；NiCr-TiB2涂层中部分在喷涂过程中熔化的TiB2相弥散分布在金属基体上,尺寸为60～80nm。在NiCr-TiB2/Al2O3和304L-TiB2/Al2O3涂层中TiB2具有粒状和棒状两种结构特征,陶瓷颗粒聚集分布,涂层的孔隙率较高。涂层中都存在稳定的α-Al2O3相和高温保留下来的γ-Al2O3相。热处理后的304L基涂层还存在重结晶形成的纳米等轴晶组织特征。本研究采用热处理工艺降低了304L基复合涂层。的孔隙率,增加涂层致密度,使涂层的销-盘磨损试验的磨损性能提高了5-10倍。
对比研究了电弧喷涂的四种涂层和低碳钢的高温摩擦磨损行为,同时考察了它们的高温冲蚀行为和线接触滑动摩擦性能。结果表明涂层具有优异的耐高温磨损性能。TiB2颗粒增强的涂层耐磨性高于M-TiB2/Al2O3涂层。304L-TiB2涂层的低磨损率除了与硬质相有关,还和涂层具有较高的硬度有关。NiCr-TiB2涂层中,细小的TiB2陶瓷相在局部区域中连成网状,与基体结合良好,有效提高了涂层的磨损性能。在M-TiB2涂层中的TiB2颗粒尺寸小,与金属基体之间具有良好的结合,相对均匀地分布在硬度较高的金属基体上,同时涂层的孔隙率低。这种MMC涂层组织特点有效阻止了对涂层的微切削,减少了塑性变形和磨损面的材料转移。涂层具有优良的耐磨及耐冲蚀性能。