电弧喷涂过程中铁基粒子的氧化影响规律

作     者：彭怡刚 

作者单位：北京工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贺定勇

授予年度：2014年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：电弧喷涂 粒子氧化 微观组织结构 磨粒磨损行为 浸泡腐蚀行为 

摘      要：喷涂粒子的氧化在电弧喷涂工艺中是十分普遍的现象，而氧化会对喷涂粒子和涂层带来诸多不利的影响。针对这一问题，本文从材料和工艺两方面出发，采用电弧喷涂方法，以Fe基涂层3Cr13为基础合金体系，研究电弧喷涂工艺参数、合金元素B、Si对飞行粒子和涂层氧化的影响规律，同时研究氧化物对3Cr13系涂层的耐磨耐蚀性能的影响规律。主要研究成果如下： 3Cr13涂层中主要的氧化相为FeO、Fe3O4、FeCr2O4，基体相为Fe、Cr的固溶体相。随着喷涂距离的增加，涂层的氧化物增多，粒子扁平程度降低，球状颗粒数量越来越多，孔隙率增大。喷涂粉芯丝材和实心丝材时，两种涂层的相结构和成分没有太大的差别，但是喷涂粉芯丝材的扁平粒子尺寸不如实心丝材均匀。喷涂铁涂层时，飞行氧化机制为整个涂层氧化的主导机制。采用压缩氮气作为雾化气制备涂层时，涂层中的氧化物含量大大减少。 在3Cr13粉芯丝材中添加B、Si元素后，飞行粒子尺寸有所增大，其原因可能是合金的黏度增大，导致雾化阶段产生大尺寸粒子。通过对飞行粒子的氧化模型进行分析，发现小尺寸的飞行粒子氧化更为剧烈。 添加B、Si元素的Cr13系涂层中的氧化物含量相比不添加B、Si元素的Cr13涂层有所减少，且添加B、Si元素含量越多，氧化物含量越少。造成氧化物含量减少的原因除了飞行粒子尺寸增大外，还有可能是轻合金元素B、Si优先与空气中的氧发生反应，阻止了Fe、Cr等金属的氧化，对B而言，有可能形成气态氧化物，对Si而言，则会在飞行粒子表面形成Si-O化合物，阻止了氧化物的进一步形成。 涂层中氧化物对涂层耐磨和耐蚀性能的影响机制较复杂。随着喷涂距离的增加，涂层中的氧化物和孔隙率增加，涂层的硬度呈现下降的趋势，磨粒磨损失重量呈上升趋势，涂层的磨粒磨损失重量和涂层硬度呈负相关的关系。当涂层中氧化物含量较多时，涂层表现为脆性剥落的磨损机制，而涂层中氧化物含量较少时，涂层的微观磨损机制取决于扁平粒子的性能。3Cr13系涂层经过浸泡腐蚀实验后，发现喷涂距离越大，腐蚀越严重。由于氧化物为涂层表面的缺陷，氧化物含量越多，涂层腐蚀越严重，3Cr13系涂层的浸泡腐蚀产物为Fe、Cr的氧化物，且腐蚀产物随着氧化物和孔隙的增加而数量增加。