冷喷涂铁基非晶合金涂层的制备及组织性能研究

作     者：毛轩 

作者单位：西安建筑科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王强

授予年度：2022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：冷喷涂 非晶合金涂层 深冷处理 沉积特性 摩擦磨损性能 

摘      要：非晶合金没有传统晶态合金的晶界、位错等缺陷,具有高强度、高硬度、高弹性模量以及良好的耐磨损和耐腐蚀性能。在材料表面制备非晶合金涂层,可以为基体提供良好的保护,使其具有优异的耐磨损和耐腐蚀性能。传统的非晶合金涂层制备以热喷涂和激光熔覆为主,高温容易导致非晶合金材料发生氧化和晶化,严重影响涂层的服役性能。以低温固态沉积为特点的冷喷涂技术,可以有效避免高温带来的不利影响,在制备高性能非晶合金涂层方面具有广阔的应用前景。本研究采用冷喷涂技术在具有不同表面性能的基体材料表面制备Fe Cr Si BC非晶合金涂层,包括AZ31B镁合金、6061铝合金、Q235碳钢,系统研究涂层的沉积特性及其组织性能。首先,采用深冷处理工艺对铁基非晶合金粉末进行循环处理,在低压冷喷涂条件下研究粉末处理前后的沉积特性变化;其次,系统研究铁基非晶合金颗粒在高压冷喷涂条件下的变形特征、涂层的沉积厚度、显微组织、硬度、摩擦磨损性能以及涂层与基体间的结合强度。结果表明:在低压冷喷涂条件下,非晶颗粒在硬度较低的镁合金、铝合金基体表面形成嵌入式的复合涂层,而在硬度较高的碳钢基体表面形成连续式的涂层,但涂层整体厚度较低。深冷处理对粉末颗粒的非晶态结构没有影响,可以改善其塑性变形能力,提高涂层的沉积厚度和致密度。非晶合金涂层可有效提高基体的耐磨损性能,在相同的基体表面,深冷处理非晶颗粒形成的涂层具有更加平稳的摩擦系数,同时其磨损率进一步降低,为未处理涂层的84.0%、87.9%、92.3%。在高压冷喷涂条件下,由于粉末颗粒喷涂速度和温度的明显提升,在三种不同硬度的基体表面均可获得较厚的连续涂层。非晶合金涂层与镁合金、铝合金、碳钢基体间的结合强度分别为14.81 MPa、18.51 MPa、31.01 MPa,断裂失效为涂层自身的内聚破坏,主要发生在涂层内部颗粒与颗粒之间的界面上,表现出明显的脆性断裂行为。非晶合金涂层的摩擦磨损性能受基体的影响较小,涂层的磨损机制表现为疲劳磨损和氧化磨损。镁合金、铝合金、碳钢基体的磨损率分别为2.261 mm/(N·m)、0.532 mm/(N·m)、0.06 mm/(N·m),非晶涂层表现出优异的抗磨损性能,磨损率仅为0.008 mm/(N·m)。