多陶瓷增强合金涂层组织和性能研究【字数：12809】
摘 要本课题主要利用钨极氩弧熔覆技术制备TiC+B4C、WC+B4C、NiCrBSi三种复合陶瓷熔覆层。借助金相显微镜、显微硬度计、X射线衍射仪等设备，分析了TiC+B4C、WC+B4C、NiCrBSi三种涂层的物相、显微组织和硬度性能。实验结果表明采用氩弧熔覆技术制得的TiC+B4C、WC+B4C、NiCrBSi复合陶瓷熔覆层，与基体材料结合良好，且无明显缺陷。在TiC+B4C体系中，TiC含量不变（11%）的时候，降低B4C和Cr的添加量，熔覆层组织变得粗大，熔覆层的硬度减小；在WC+B4C体系中，当WC含量一定（3%）时增加B4C的含量，熔覆层的硬度会有所提高；当B4C含量一定（6%）时增加WC的含量，熔覆层的硬度会有所增加，这是由于在熔覆层内原位生成硬质碳化物、硼化物，使熔覆层的显微硬度提高，改善其综合性能；在NiCrBSi体系中，当随着含C量的增加时，熔覆层的硬度也会提高，高温熔覆时C会和Ni、Cr等合金元素形成碳化物硬质相，这种硬质相均匀分布在熔覆层中，会抑制晶粒的生长起到细化晶粒的作用，从而提高熔覆层的硬度。
目录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 表面熔覆技术的发展情况 1
1.2.1 热喷涂技术 2
1.2.2激光熔覆技术 3
1.2.3堆焊 3
1.2.4 钨极氩弧熔覆技术 4
1.3复合陶瓷涂层的研究现状 5
1.4课题的研究目的及内容 6
1.4.1研究目的 6
1.4.2 研究内容 7
2 试验材料及试验过程 8
2.1试验材料 8
2.1.1 基体材料 8
2.1.2熔覆材料 8
2.2试验过程 10
2.2.1氩弧熔覆设备 10
2.2.2氩弧熔覆的工艺参数 10
2.2.3 熔覆层的制备 10
2.2.4组织和成分测试 11
2.2.5熔覆层显微硬度性能测试 11
3（TiC+B4C）/Fe45复合熔覆层组织与性能分析 13
3.1（TiC+B4C）/Fe45复合熔覆层物相分析 13
3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
.2（TiC+B4C）/Fe45复合熔覆层显微硬度分析 15
4（ WC+B4C）/Fe45复合熔覆层组织与性能分析 17
4.1（WC+B4C）/Fe45复合熔覆层物相分析 17
4.2（WC+B4C）/Fe45复合熔覆层显微硬度分析 19
5 NiCrBSi复合熔覆层组织与性能分析 21
5.1 NiCrBSi复合熔覆层物相分析 21
5.2 NiCrBSi复合熔覆层显微硬度分析 23
结论 24
参考文献 25
致谢 27
1 绪论
1.1 引言
20世纪以来，随着工业技术的发展和进步，越来越多的作工设备及机械零部件等需要在高载荷、高温等环境下工作，普通材料表面容易出现磨损及氧化等现象，零部件材料的破坏往往自表面开始，从而导致材料性能失效，大大降低了材料使用寿命[1]。大部分机械零部件要满足一定的力学性能，所以常使用焊接性能良好的高强度低碳合金钢制造这些工作件。这种低碳合金钢经热处理后的硬度和耐磨性能较低，在苛刻的环境下易失效导致试样出现磨损、裂缝等缺陷。零部件的局部破坏会导致整个零件产生失效现象，从而会导致设备故障而停产。据相关数据统计[2]，我国每年机械工作零部件因磨损和腐蚀而造成的损失达到几千亿元，这给国民经济状况造成了非常大的损失。在材料表面熔覆一层复合陶瓷材料涂层能够达到修复受损工作件、延长工作零部件使用寿命的作用。材料表面熔覆技术同时继承了表面技术和复合熔覆材料的特点，使得熔覆层材料与基体母材之间有了很好的冶金结合，它能让熔覆层的力学性能大幅度提高，改善金属涂层的硬度和强度，使之具有优异的综合性能。
通过实践表明，表面熔覆技术是改善材料综合性能的重要途径之一，它能很好的满足人们对于材料使用的要求以及经济效益。一些价格低廉的金属材料经过表面强化处理后，甚至可以代替性能好且稀有的金属材料，这对于人们的使用材料性能方面有一定的互换性。另外，由于零部件材料表面的综合性能得到了很好的改善和提高，能够让材料寿命延长从而节约了材料的浪费，在提高生产效率的同时也保护了环境，符合当前节约、节能、减排、环保的大环境，可以避免材料因表面失效作用而产生损失的现象，具有优良的经社会经济效益，因此，众多国家研究和利用表面熔覆技术改善材料质量，欧美等发达国家已经广泛关注和发展这一技术[3]。
1.2 表面熔覆技术的发展情况
表面熔覆技术是表面工程中改善材料表面性质的重要途径之一，它是采用一定能量的热源将基体材料和熔覆粉末进行加热，让基体母材和熔覆材料形成一定的结合，以改善材料表面硬度的一门表面改性技术。进行材料表面涂覆和改性的材料，会改变基体材料表面的化学成分、显微组织以及力学性能，使零部件适应高温高压及腐蚀介质、恶劣工况条件下工作的需求。目前，人们根据加载热源和能量不同将表面熔覆技术分为一下几种：热喷涂技术、激光熔覆技术、堆焊、钨极氩弧熔覆等。表面熔覆技术的应用和发展使基体材料与熔覆粉末有良好的结合，而且材料表面涂层厚度适中，因此被广泛应用在工业生产领域中。
1.2.1 热喷涂技术
热喷涂技术是在工作零部件表面将加热到熔融状态的预喷涂粉末材料快速喷涂然后沉积，经过一定的时间后材料表面与粉末形成冶金结合的一种改性手段。依靠基材与熔覆粉末之间的物理和化学反应变化，在基体表面会凝固成具有足够强度的熔覆层，以提高表面的硬度和耐磨性同时也能起到修补零件尺寸的目的。该技术的操作较为简便而且它的生产成本较别的表面改性技术低，但是热喷涂涂层与基体金属的结合主要为机械嵌合[19]，耐冲击性能不高，不适用与应力作用变化大的场合，因此热喷涂技术在提高工件表面力学性能和耐磨性方面运用不多。
决定热喷涂技术的性能的因素主要有三个方面，它们分别是加载热源的温度、气流的速率以及熔覆粉末材料的种类。所以热喷涂技术具有以下几种特点：
(1) 热喷涂的涂层厚度变化范围大，因此可以根据工件表面要求进行灵活选择。
(2) 热喷涂的基体材料和熔覆层材料的要求不受限制，基体材料可以是金属材料及其合计以及无机非金属材料等等，熔覆层粉末材料主要是以金属及其合金为主，也包括陶瓷、塑料和复合材料等。
(3) 热喷涂的效率高，热喷涂生产效率可达每小时喷涂几千克熔覆层粉末。
(4) 热喷涂工艺简便灵活，可以在一般的环境甚至在真空环境下进行施工操作。
目录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 表面熔覆技术的发展情况 1
1.2.1 热喷涂技术 2
1.2.2激光熔覆技术 3
1.2.3堆焊 3
1.2.4 钨极氩弧熔覆技术 4
1.3复合陶瓷涂层的研究现状 5
1.4课题的研究目的及内容 6
1.4.1研究目的 6
1.4.2 研究内容 7
2 试验材料及试验过程 8
2.1试验材料 8
2.1.1 基体材料 8
2.1.2熔覆材料 8
2.2试验过程 10
2.2.1氩弧熔覆设备 10
2.2.2氩弧熔覆的工艺参数 10
2.2.3 熔覆层的制备 10
2.2.4组织和成分测试 11
2.2.5熔覆层显微硬度性能测试 11
3（TiC+B4C）/Fe45复合熔覆层组织与性能分析 13
3.1（TiC+B4C）/Fe45复合熔覆层物相分析 13
3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
.2（TiC+B4C）/Fe45复合熔覆层显微硬度分析 15
4（ WC+B4C）/Fe45复合熔覆层组织与性能分析 17
4.1（WC+B4C）/Fe45复合熔覆层物相分析 17
4.2（WC+B4C）/Fe45复合熔覆层显微硬度分析 19
5 NiCrBSi复合熔覆层组织与性能分析 21
5.1 NiCrBSi复合熔覆层物相分析 21
5.2 NiCrBSi复合熔覆层显微硬度分析 23
结论 24
参考文献 25
致谢 27
1 绪论
1.1 引言
20世纪以来，随着工业技术的发展和进步，越来越多的作工设备及机械零部件等需要在高载荷、高温等环境下工作，普通材料表面容易出现磨损及氧化等现象，零部件材料的破坏往往自表面开始，从而导致材料性能失效，大大降低了材料使用寿命[1]。大部分机械零部件要满足一定的力学性能，所以常使用焊接性能良好的高强度低碳合金钢制造这些工作件。这种低碳合金钢经热处理后的硬度和耐磨性能较低，在苛刻的环境下易失效导致试样出现磨损、裂缝等缺陷。零部件的局部破坏会导致整个零件产生失效现象，从而会导致设备故障而停产。据相关数据统计[2]，我国每年机械工作零部件因磨损和腐蚀而造成的损失达到几千亿元，这给国民经济状况造成了非常大的损失。在材料表面熔覆一层复合陶瓷材料涂层能够达到修复受损工作件、延长工作零部件使用寿命的作用。材料表面熔覆技术同时继承了表面技术和复合熔覆材料的特点，使得熔覆层材料与基体母材之间有了很好的冶金结合，它能让熔覆层的力学性能大幅度提高，改善金属涂层的硬度和强度，使之具有优异的综合性能。
通过实践表明，表面熔覆技术是改善材料综合性能的重要途径之一，它能很好的满足人们对于材料使用的要求以及经济效益。一些价格低廉的金属材料经过表面强化处理后，甚至可以代替性能好且稀有的金属材料，这对于人们的使用材料性能方面有一定的互换性。另外，由于零部件材料表面的综合性能得到了很好的改善和提高，能够让材料寿命延长从而节约了材料的浪费，在提高生产效率的同时也保护了环境，符合当前节约、节能、减排、环保的大环境，可以避免材料因表面失效作用而产生损失的现象，具有优良的经社会经济效益，因此，众多国家研究和利用表面熔覆技术改善材料质量，欧美等发达国家已经广泛关注和发展这一技术[3]。
1.2 表面熔覆技术的发展情况
表面熔覆技术是表面工程中改善材料表面性质的重要途径之一，它是采用一定能量的热源将基体材料和熔覆粉末进行加热，让基体母材和熔覆材料形成一定的结合，以改善材料表面硬度的一门表面改性技术。进行材料表面涂覆和改性的材料，会改变基体材料表面的化学成分、显微组织以及力学性能，使零部件适应高温高压及腐蚀介质、恶劣工况条件下工作的需求。目前，人们根据加载热源和能量不同将表面熔覆技术分为一下几种：热喷涂技术、激光熔覆技术、堆焊、钨极氩弧熔覆等。表面熔覆技术的应用和发展使基体材料与熔覆粉末有良好的结合，而且材料表面涂层厚度适中，因此被广泛应用在工业生产领域中。
1.2.1 热喷涂技术
热喷涂技术是在工作零部件表面将加热到熔融状态的预喷涂粉末材料快速喷涂然后沉积，经过一定的时间后材料表面与粉末形成冶金结合的一种改性手段。依靠基材与熔覆粉末之间的物理和化学反应变化，在基体表面会凝固成具有足够强度的熔覆层，以提高表面的硬度和耐磨性同时也能起到修补零件尺寸的目的。该技术的操作较为简便而且它的生产成本较别的表面改性技术低，但是热喷涂涂层与基体金属的结合主要为机械嵌合[19]，耐冲击性能不高，不适用与应力作用变化大的场合，因此热喷涂技术在提高工件表面力学性能和耐磨性方面运用不多。
决定热喷涂技术的性能的因素主要有三个方面，它们分别是加载热源的温度、气流的速率以及熔覆粉末材料的种类。所以热喷涂技术具有以下几种特点：
(1) 热喷涂的涂层厚度变化范围大，因此可以根据工件表面要求进行灵活选择。
(2) 热喷涂的基体材料和熔覆层材料的要求不受限制，基体材料可以是金属材料及其合计以及无机非金属材料等等，熔覆层粉末材料主要是以金属及其合金为主，也包括陶瓷、塑料和复合材料等。
(3) 热喷涂的效率高，热喷涂生产效率可达每小时喷涂几千克熔覆层粉末。
(4) 热喷涂工艺简便灵活，可以在一般的环境甚至在真空环境下进行施工操作。
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