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铁基非晶合金涂层设计与制备及性能研究

铁基非晶合金涂层设计与制备及性能研究

作者：卢兰志北京工业大学

学位级别：硕士

循环流化床锅炉与传统燃煤锅炉相比具有煤种适应性广、污染物控制成本低、负荷调节性能好、灰渣易于综合利用等优点,被广泛应用在电力、石油、化工以及垃圾处理等领域,但是锅炉“四管”的严重冲蚀磨损影响了机组的正常运行,解决这一问... 详细信息

循环流化床锅炉与传统燃煤锅炉相比具有煤种适应性广、污染物控制成本低、负荷调节性能好、灰渣易于综合利用等优点,被广泛应用在电力、石油、化工以及垃圾处理等领域,但是锅炉“四管”的严重冲蚀磨损影响了机组的正常运行,解决这一问题的有效途径是在受磨损部件的表面制备一层性能优异的耐磨蚀涂层。非晶合金与传统合金材料相比,具有高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀等独特而优异的性能,采用喷涂技术制备非晶涂层可以将非晶合金推向工程耐磨损防护的应用领域,在一定程度上缓解循环流化床锅炉四管冲蚀磨损带来的问题。本文在分析非晶合金系发展历程及非晶形成能力影响因素的基础上,借鉴非晶合金配方制备的经验规则,以FeCrMoCB系非晶合金系为基础系列,自主研发了两个系列具有较强非晶形成能力的铁基粉芯线材,利用高速电弧喷涂技术制备了FeCrMoCBSi系和低合金量Fe基非晶合金系两种系列的非晶合金涂层。测试和分析了两种系列非晶涂层的相结构、微观组织结构、显微硬度、热稳定性、耐高温氧化性能、耐涂盐腐蚀性能、结合强度和耐磨粒磨损性能。探讨了硅硼含量对?FeCrMoCBSi系非晶合金涂层性能的影响、镍稀土对低合金量Fe基非晶合金涂层性能的影响、硼与合金量变化对低合金量Fe基非晶合金涂层性能的影响。并对低合金量Fe基非晶合金系列涂层在30°、90°冲蚀角度不同温度下的耐冲蚀性能展开了测试和分析。主要研究成果如下:所制备的FeCrMoCBSi系非晶合金涂层和低合金量Fe基非晶合金涂层的非晶相含量分别为65.5%、70.2%;涂层均呈典型的层状结构,致密性较好;涂层截面显微硬度均超过1300HV0.1,结合强度大于30MPa;两种非晶涂层的晶化转变温度分别为853K和855K;在650℃条件下,两种非晶涂层与铁基碳化硼涂层和铁基碳化铬涂层相比具有较好的耐氧化防护效果;FeCrMoCBSi系非晶合金涂层在?450℃条件下的耐磨粒磨损性能为GCr15轴承钢球的5.1倍,低合金量Fe基非晶合金涂层在500℃下的耐磨粒磨损性能为GCr15轴承钢球的5.2倍。硅硼含量的调整使FeCrMoCBSi系非晶合金涂层的非晶含量在47%到65.1%?之间变动,随着涂层中非晶相含量的增加涂层的显微硬度随之提高;硅硼含量变化对FeCrMoCBSi系非晶合金涂层的晶化温度没有影响;非晶相含量较高的配方表现出较好的耐磨粒磨损性能。镍稀土的添加使低合金量Fe基非晶涂层的非晶含量提高到76.5%,晶化转变温度TX有所提高,涂层表现出较高的显微硬度和较好的耐磨粒磨损性能。硼与合金量调整使低合金量Fe基非晶合金涂层的非晶含量在?71.1%到74.2%之间变动,添加16%原子分数硼元素的涂层中的非晶相含量最高,涂层的截面显微硬度随非晶含量的升高而提高;硼与合金量的变化对低合金量Fe?基非晶合金涂层的热稳定性能没有影响;非晶相含量较高的配方有较好的耐磨粒磨损性能。同一非晶合金系列中,非晶相含量较高的涂层在各种测试条件下均表现出较好的耐冲蚀磨损性能;低合金量?Fe基非晶涂层在相同温度测试条件下,90°冲蚀角的冲蚀失重量明显大于?30°冲蚀角;低合金量?Fe?基非晶涂层在不同温度下冲蚀失重量有所差别。低合金量Fe基非晶涂层经30°冲蚀角测试后,表面出现明显切削、犁沟形痕和轻微的脆性坑状剥落,经90°冲蚀角测试后,表面出现脆性断裂、坑状剥落。

关键词：非晶涂层电弧喷涂非晶含量磨粒磨损冲蚀磨损

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含非晶相铁基涂层的制备及性能

机械工程材料 2010年第1期34卷 52-54,68页

作者：魏琪卢兰志李辉高明北京工业大学材料科学与工程学院北京100124

自行研制了非晶态涂层用粉芯线材,利用电弧喷涂技术制备了含非晶相铁基涂层,对涂层的相组成、微观组织、热稳定性及涂层截面的显微硬度进行了研究和分析,测试了涂层在450℃下的耐磨粒磨损性能。结果表明:涂层中非晶相含量较高,涂层呈层... 详细信息

自行研制了非晶态涂层用粉芯线材,利用电弧喷涂技术制备了含非晶相铁基涂层,对涂层的相组成、微观组织、热稳定性及涂层截面的显微硬度进行了研究和分析,测试了涂层在450℃下的耐磨粒磨损性能。结果表明:涂层中非晶相含量较高,涂层呈层状分布,结构均匀致密;涂层在580℃以下使用不会发生晶化转变;涂层截面的平均硬度为1 356.0 HV;涂层在450℃下有较好的耐磨粒磨损性能,磨损10 h的相对耐磨性为GCr15轴承钢的5.1倍。

关键词：电弧喷涂铁基非晶涂层磨粒磨损

耐磨损防护用FeCrMoCBSi系非晶涂层的性能研究

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锅炉技术 2012年第2期43卷 51-55页

作者：卢兰志魏琪李辉北京金威焊材有限公司北京102206 北京工业大学材料科学与工程学院北京100124

设计了5种不同硅硼含量的FeCrMoCBSi系粉芯线材,利用电弧喷涂技术制备涂层,对涂层的相组成、非晶相含量、非晶相稳定性、微观组织结构及涂层截面的显微硬度进行了研究和分析,测试了涂层在500℃时的耐磨粒磨损性能。结果表明:硅硼含量的... 详细信息

设计了5种不同硅硼含量的FeCrMoCBSi系粉芯线材,利用电弧喷涂技术制备涂层,对涂层的相组成、非晶相含量、非晶相稳定性、微观组织结构及涂层截面的显微硬度进行了研究和分析,测试了涂层在500℃时的耐磨粒磨损性能。结果表明:硅硼含量的调整使得涂层中的非晶相含量在47%到65.1%之间变动,却未引起涂层晶化温度的变化。随着涂层中非晶相含量的增加,涂层的显微硬度和耐磨粒磨损性能随之提高。其中,6%原子分数的硅元素和12%原子分数硼元素的添加的涂层中的非晶相含量最高,为65.1%,其晶化温度为853K,截面显微硬度平均值为1 302.1HV0.1,测试10h的相对耐磨性为GCr15轴承钢球的5.2倍。

关键词：电弧喷涂粉芯线材非晶合金涂层非晶相含量

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一种不锈钢水轮机用堆焊药芯焊丝的研制

焊接技术 2013年第9期42卷 59-63页

作者：王磊李伟王士山王学东卢兰志北京金威焊材有限公司北京102206 中冶建筑研究总院有限公司北京100088

研制了一种适合焊接Cr13Ni5Mo型马氏体不锈钢水轮机的E410NiMo堆焊用药芯焊丝。该焊丝熔敷金属化学成分与母材的相近,且具有良好的耐含沙水流冲蚀性能和焊接性能。采用金相显微镜观察了母材与各熔敷金属组织并测量硬度,用水砂冲蚀磨损... 详细信息

研制了一种适合焊接Cr13Ni5Mo型马氏体不锈钢水轮机的E410NiMo堆焊用药芯焊丝。该焊丝熔敷金属化学成分与母材的相近,且具有良好的耐含沙水流冲蚀性能和焊接性能。采用金相显微镜观察了母材与各熔敷金属组织并测量硬度,用水砂冲蚀磨损试验机对比研究了母材、E410NiMo药芯焊丝熔敷金属和其他焊接方法熔敷金属的耐冲蚀性能,并通过扫描电镜分析其耐冲蚀机理。最后,利用MLS-225型湿式橡胶轮磨粒磨损试验机研究上述材料耐磨粒磨损性能,并通过SEM扫描电镜进行形貌和机理分析。

关键词：水轮机 E410NiMo药芯焊丝磨粒磨损冲蚀

镍稀土对FeCrMoCBSi系非晶合金涂层性能的影响

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中国表面工程 2010年第3期23卷 51-55页

作者：卢兰志魏琪李辉高明北京工业大学材料科学与工程学院北京100124

设计了制备FeCrMoCBSi系非晶合金涂层用的粉芯线材L1和添加镍稀土的对比配方L2,用电弧喷涂技术制备了两种非晶合金涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、显微硬度仪测试了涂层的组织结构与性能,采用冲蚀磨... 详细信息

设计了制备FeCrMoCBSi系非晶合金涂层用的粉芯线材L1和添加镍稀土的对比配方L2,用电弧喷涂技术制备了两种非晶合金涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、显微硬度仪测试了涂层的组织结构与性能,采用冲蚀磨损测试设备测试了两种涂层在30°和90°冲蚀角下的耐冲蚀磨损性能,并用SEM观察了涂层冲蚀后的表面形貌。结果表明,添加镍稀土的L2涂层与L1相比,非晶相含量升高了5.7%,组织结构更加致密,截面平均显微硬度提高了149.6HV0.1,晶化转变温度Tx增加了7K,涂层在相同测试条件下的耐冲蚀性能也有所提高。

关键词：电弧喷涂粉芯线材非晶合金涂层镍稀土

电弧喷涂Cr-Ni-B4C/Cr3C2金属陶瓷复合涂层的性能

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电弧喷涂Cr-Ni-B4C/Cr3C2金属陶瓷复合涂层的性能

第八届全国表面工程学术会议暨第三届青年表面工程学术论坛

作者：高明魏琪李辉卢兰志北京工业大学材料科学与工程学院

针对循环流化床锅炉四管存在的高温磨蚀状况,制备了Cr-Ni-B4C/Cr3C2金属陶瓷型高硬度耐磨蚀涂层。分析了涂层的组织、硬度和结合强度,对比分析了650℃下的磨粒磨损性能及冲蚀磨损性能。结果表明:涂层组织致密,显微硬度HV0.1高于1200,平... 详细信息

针对循环流化床锅炉四管存在的高温磨蚀状况,制备了Cr-Ni-B4C/Cr3C2金属陶瓷型高硬度耐磨蚀涂层。分析了涂层的组织、硬度和结合强度,对比分析了650℃下的磨粒磨损性能及冲蚀磨损性能。结果表明:涂层组织致密,显微硬度HV0.1高于1200,平均结合强度大于35MPa,涂层具有较好的耐磨蚀性能,XRD结果显示涂层中形成了Fe3B、CrB、(Cr,Fe)7C3和Fe3C等硬质相,对涂层起弥散强化作用。

关键词：电弧喷涂高硬度耐磨蚀涂层

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硅硼对非晶合金涂层影响的研究

硅硼对非晶合金涂层影响的研究

第十二届国际热喷涂研讨会（ITSS’2009）暨第十三届全国热喷涂年会（CNTSC’2009）

作者：魏琪卢兰志李辉高明北京工业大学材料科学与工程学院

本文设计并制备了5种不同硅、硼含量的制备FeCrMoCB系非晶合金涂层用Fe基粉芯线材,利用电弧喷涂技术制备涂层,对涂层的相组成、非晶相含量、非晶相稳定性、微观组织结构及涂层截面的显微硬度进行了研究和分析,测试了涂层在500℃时的耐... 详细信息

本文设计并制备了5种不同硅、硼含量的制备FeCrMoCB系非晶合金涂层用Fe基粉芯线材,利用电弧喷涂技术制备涂层,对涂层的相组成、非晶相含量、非晶相稳定性、微观组织结构及涂层截面的显微硬度进行了研究和分析,测试了涂层在500℃时的耐磨粒磨损性能。结果表明,硅、硼含量的调整使得涂层中的非晶相含量在47%到65.1%之间变动,却未引起涂层晶化温度的变化。随着涂层中非晶相含量的增加,涂层的显微硬度和耐磨粒磨损性能随之提高。其中,6%原子分数的硅元素和12%原子分数硼元素的添加的涂层中的非晶相含量最高,为65.1%,其晶化温度为853K,截面显微硬度平均值为1302.1HV0.1,测试10小时的相对耐磨性为GCr15轴承钢球的5.2倍。

关键词：非晶合金涂层硅硼含量 Fe基粉芯线材电弧喷涂涂层相组成微观组织

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碳化硼对电弧喷涂涂层的影响

碳化硼对电弧喷涂涂层的影响

第十二届国际热喷涂研讨会（ITSS’2009）暨第十三届全国热喷涂年会（CNTSC’2009）

作者：魏琪高明李辉卢兰志北京工业大学材料科学与工程学院

将碳化硼陶瓷粉末和其它合金元素与304L不锈钢带轧制成粉芯丝材,采用电弧喷涂技术制备金属陶瓷复合涂层。研究了碳化硼在电弧喷涂中应用的可行性。利用光学显微镜、SEM、XRD对涂层的形貌、相组成和磨损表面进行分析。利用自行设计的高... 详细信息

将碳化硼陶瓷粉末和其它合金元素与304L不锈钢带轧制成粉芯丝材,采用电弧喷涂技术制备金属陶瓷复合涂层。研究了碳化硼在电弧喷涂中应用的可行性。利用光学显微镜、SEM、XRD对涂层的形貌、相组成和磨损表面进行分析。利用自行设计的高温磨粒磨损装置和高温冲蚀设备分别评价了碳化硼对涂层耐高温磨粒磨损性能和耐高温冲蚀性能的影响。结果表明:粉芯丝材喷涂工艺良好;碳化硼陶瓷与其他合金元素原位合成了含Fe3B、CrB、FexNi23-xB6、Fe23(C,B)6和(Cr,Fe)7C3等硬质相的复合涂层,大幅度提高了涂层的硬度和耐磨耐冲蚀性能。

关键词：电弧喷涂金属陶瓷复合涂层喷涂涂层碳化硼粉末高温磨粒磨损

镍稀土对FeCrMoCBSi系非晶合金涂层性能的影响

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镍稀土对FeCrMoCBSi系非晶合金涂层性能的影响

第八届全国表面工程学术会议暨第三届青年表面工程学术论坛

作者：卢兰志魏琪李辉高明北京工业大学材料科学与工程学院

本文设计了制备FeCrMoCBSi系非晶合金涂层用的粉芯线材L1和添加镍稀土的对比配方L2,用电弧喷涂技术制备了两种非晶合金涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、显微硬度仪测试了涂层的组织结构与性能,采用冲... 详细信息

本文设计了制备FeCrMoCBSi系非晶合金涂层用的粉芯线材L1和添加镍稀土的对比配方L2,用电弧喷涂技术制备了两种非晶合金涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、显微硬度仪测试了涂层的组织结构与性能,采用冲蚀磨损测试设备测试了两种涂层在30°和90°冲蚀角下的耐冲蚀磨损性能,并用SEM观察了涂层冲蚀后的表面形貌。结果表明,添加镍稀土的L2涂层与L1相比,非晶相含量升高了5.7%,组织结构更加致密,截面平均显微硬度提高了149.6HV0.1,晶化转变温度Tx增加了7K,涂层在相同测试条件下的耐冲蚀性能也有所提高。

关键词：电弧喷涂粉芯线材非晶合金涂层镍稀土