纳米结构NiCrFeBSi喷涂涂层组织及磨损性能

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超音速等离子喷涂Mo及Mo+30%(NiCrBSi)涂层的耐磨性能研究

分析表明，图 =$ 中的浅色区域为 9. 富集区，深色区域主要为 D&0#E!&；可看出涂层较致密，涂层与基体界面结合良好， 9. 与 D&0#E!& 片层状分布较均匀。图 B 为两涂层的 VX射线衍射图谱，从中可知在 9. A B<C （ D&0#E!&）复合涂层中存在着 D&E 、 D&!&、 0#= E 、 0#= 0B 等硬质相。 76 7" 结合强度及硬度结合强度及硬度测试结果如表 = 所示。结合强度试验表明，两种涂层的结合强度都较高，显示出了超音速等离子喷涂的优越性。涂层硬度试验结果表明， 9. A B<C （ D&0#E!&）复合涂层要比纯 9. 涂层硬度高，这是由于复合涂层中存在着较多的 D&E 、 D&!&、 0#= E 、 0#= 0B 等硬质相，这些硬质相增加了涂层的硬度。 76 8" 摩擦磨损试验图 ; 为两种涂层的摩擦系数和磨损量与摩擦行程的关系，可以看出这两种涂层的摩擦系数和磨损量都非常的小，表现出很好的耐磨性。由图 ;$ 可以看出，当摩擦行程达到 <? BJ4) 时，两种涂层的摩擦系数都急剧增加，到达一个最高值时又缓慢下降；当 9. A B<C （ D&0#E!&）涂层的摩擦行程达到 <? J4) 及 9. 涂层的摩擦行程到 :? <4) 以后基本形成平稳阶段。这主
作者简介：王海军（ "([\ —），男，河北玉田人，高级工程师，主要从事热喷涂技术设备及工艺研究，已发表学术论文 #% 余篇。联系电话： %"%+\\&"&]]% 基金项目：国家自然科学基金（ (%1%[%#1 ）收稿日期： #%%[+%#+#]

等离子喷涂纳米硫化亚铁自润滑涂层的分析与摩擦学性能

［６］黄惠忠．纳米材料分析方法［Ｍ］．化学工业出版社．２００３，（３）：２５３．
［７］ＡｈｍｅｄＩａｎｄＢｅｒｌ乒ｎａｎＴＬ．Ｔｈｅ册ａｌＭｏｄｅｌｉｎｇｏｆＰｌａｓｍａ
ｓｐ强ｙＤｅｐ０８ｉｔｉｏｎ０ｆＮａｎ∞ｔｍｃｔｕｒｅｄｃｅ姗ｉｃｓ［Ｊ］．Ｔｈｅ珊ａｌ
ＳｐｒａｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．１９９９，８（３）：３１５－３２２．［８］王海斗，徐滨士，刘家浚，庄大明．金属铝层表面渗硫
层的表征与减摩耐磨性能研究［Ｊ］．稀有金属材料与工程．２００５，３４（１０）：１５１３—１５１６．［９］Ｄ．Ｆ．摩尔．摩擦学原理和应用［Ｍ］．机械工业出版社．１９８２：２１．２６．［１０］祝洪庚，王秀娥，李龙旭，刘洪，唐继．ｓＳ４干膜的真空摩擦磨损性能［Ｊ］．摩擦学学报．１９８３，（３）：１５１．
图３涂层截面组织
第６期
王超会等：等离子喷涂纳米硫化亚铁自润滑涂层的分析与摩擦学性能
·２９·
１．ｏｏ２．ｏｏ３．００４．００５．００６．ｏｏ７．ｏｏ
图４纳米硫化亚铁涂层的ＥＤｓ点分析结果
图５纳米硫化亚铁涂层的ＥＤｓ线分析结果
３．２力学性能：在涂层的横截面上进行了纳米压痕分析，得出
了纳米ＦｅＳ涂层的硬度和弹性模量，见图６。涂层的最大硬度值为２．６ＧＰａ，卸载时显示的硬度值为１．７６ＧＰａ，稳定阶段的平均值为１．９２ＧＰａ；弹性模量最大值为４９．５ＧＰａ，卸载时为４３．４ＧＰａ，稳定阶段的平均值为４２．９ＧＰａ。与资料显示的复合渗硫制得的ＭｏＳ２层的纳米压痕硬度１．６ＧＰａ，弹性模量２００ＧＰａ相比哺Ｊ，硬度相差不大，都属于硬度极低的表面涂层。纳米ＦｅＳ涂层的弹性模量低于ＭｏＳ：层，而弹性模量是表示使原子离开平衡位置的难易程度，它只取决于晶体中原子结合力的大小。较低的硬度及弹性模量正是固体润滑涂层所需要的，这样更有利于发挥减摩作用。３．３有无涂层的对比试验结果

电弧喷涂非晶纳米晶复合涂层材料研究

第1卷第2期热喷涂技术 V ol.1, No.22009年12月 Thermal Spray Technology Dec., 2009电弧喷涂非晶纳米晶复合涂层材料研究梁秀兵，白金元，程江波，刘燕，徐滨士（装甲兵工程学院，装备再制造技术国防科技重点实验室，北京 100072）摘要：FeCrBSiNb 非晶纳米晶复合涂层和FeAlNbB 金属间化合物非晶纳米晶涂层均由非晶和纳米晶两相结构组成，涂层结合强度高，摩擦磨损性能等明显优于传统耐磨涂层，在机械金属零件的再制造修复领域应用前景广阔。

关键词：电弧喷涂；铁基非晶纳米晶复合涂层；再制造中图分类号：TG174.4 文献标识码：A 文章编号：1674-7127（2009）02-0023-04Study on Amorphous and Nanocrystalline Composite Coatingsprepared by Arc Spraying ProcessLIANG Xiu-bing ，BAI Jin-yuan ，CHENG Jiang-bo ，LIU Yan ，XU Bin-shi（National Key Laboratory for Remanufacturing ，Academy of Armored Force Engineering ，Beijing 100072，China ）Abstract: FeCrBSiNb amorphous and nanocrystalline coating and FeAlNbB intermetallic amorphous and nanocrystalline coating were developed ，which both are composite structure of nanocrystalline phases embedded in an amorphous matrix. These amorphous and nanocrystalline coatings present perfect high strength bonding and excellent anti-wear properties compared with the other traditional coatings, which exhibits widely applications prospect in the maintenance and remanufacturing fields.Keywords: Arc spraying ；Fe-based amorphous and nanocrystalline coating ；Remanufacture基金项目：国家“863”计划项目（2009AA03Z342）；国防科技重点实验室基金资助项目（914OC85020508OC85）作者简介：梁秀兵（1974-），男，山东烟台人，博士，副研究员. Email ：liangxiubing@ 非晶纳米晶合金新型材料具有一些奇特的性能，例如，高强度、高硬度、高电阻性、高韧性、良好的耐磨性和耐蚀性等，而且具有优良的磁学性能和超导电性[1]。

纳米掺杂对Al2O3+13wt%TiO2等离子喷涂涂层组织结构及抗磨损性能的影响研究

笔者采用纳米掺杂等离子喷涂，备Ａ２３制ｌ＋０１％ＴＯ纳米微米复相陶瓷涂层，结果证明：少量纳米３Ｉ２
中图分类号：Ｔ１３１４Ｆ２．４
文献标识０）０１９３（０７增刊．８５０１３７．５
电镜（Ｅ）察磨损后的磨痕形貌。结果表明，纳米ＳＭ观复相涂层的耐磨损性能明显好于传统陶瓷涂层，且磨损
载荷高于４００Ｎ后，纳米复相涂层磨损机制和传统涂层
的不同，传统涂层的磨损主要是涂层的微裂纹产生和颗粒的剥落，而相同条件下纳米复相涂层，主要表现为涂层的粘着磨损与局部剥落。
工艺提高等离子喷涂涂层的耐磨损性能，当前等离子是喷涂涂层的重要研究方向之一。
２实
验
等离子喷涂粉末采用沈阳双实磨料磨具有限公司Ａ１（２＋１％ＴＯ）Ｔ３Ａ１Ｏ３３Ｉ２粉末，粉体粒径为４￣６ｇ００ｍ，纳米材料采用山东先广纳米材料有限公司纯度为９．％、９９９尺度为２￣４ｎ的Ａ２及ＴＯ。００ｍｌ０３ｉ２纳米Ａ２３ｌ、０ＴＯ２ｉ的配比与Ａ１Ｔ３相同。纳米掺杂量分别为５１％、％、０１％、２％、３％。纳米分散采用超声波加强力搅拌方５００法，分散设备为Ａ５５Ｓ９超声波分散仪及Ｆ５高剪切１Ａ２分散乳化仪，时间为３ｍｉ；与微米级Ａ１０ｎＴ３粉末混合后脱水的坯泥采用橡胶等静压（ｅ方式在２ｔ压力实Ｉ）Ｒ０验机上进行制坯，在钼丝炉中进行１０￣１ｏ ℃烧结２０３０２，破碎筛分制成尺度为２～１０ｍ的纳米包覆微米ｈ００ｇ

等离子体喷涂纳米结构热障涂层微观组织及性能

第16卷第3期Vol.16No.3中国有色金属学报The Chinese Journal of N onferrous Metals2006年3月Mar.　2006文章编号:10040609(2006)03048206等离子体喷涂纳米结构热障涂层微观组织及性能①林　锋1,于月光1,蒋显亮2,曾克里1,任先京1,李振铎1(1.北京矿冶研究总院金属材料研究所,北京100044;2.中南大学材料科学与工程学院,长沙410083)摘　要:以纳米结构氧化钇部分稳定的氧化锆热喷涂粉末为原料,采用大气热等离子体喷涂法制备了纳米结构热障涂层。

利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对粉末原料及涂层的微观组织和结构进行分析,并对涂层的结合强度及热导率进行测定。

结果表明,纳米结构热障涂层具有优异的性能,热导率为1.1W/(m・K),界面结合强度为47MPa。

并分析了涂层纳米结构组织对涂层性能的影响,明确了优化涂层微观组织结构和提高涂层性能的具体方法。

关键词:纳米结构热障涂层;等离子体喷涂;氧化钇部分稳定氧化锆中图分类号:T G174文献标识码:AMicrostructures and properties ofnanostructured TBCs fabricated by plasm a sprayingL IN Feng1,YU Yue2guang1,J IAN G Xian2liang2,ZEN G Ke2li1,REN Xian2jing1,L I Zhen2duo1(1.Sub2instit ute of Metal Materials,Beijing General Research Instit ute of Mining and Metallurgy,Beijing100044,China;2.School of Materials Science and Engineering,Cent ral Sout h University,Changsha410083,China)Abstract:The nanostructured thermal barrier coatings(TBCs)were fabricated by atmospheric plasma spraying(A PS)with nanostructured yttrium partially stabilized zirconia(YPSZ)powder feedstocks.Scanning electron mi2croscopy(SEM)and X2ray diff raction(XRD)were applied to analyze the microstructures and phase compositions of the nanostructured powder feedstocks and coating.The results show that the thermal conductivity of the TBCs is1.1W/(m・K)and the bonding strength of the TBCs is47MPa.The model of the bonding strength and thermalconductivity of the nanostructured TBCs was presented.The relation between microstructures and properties of the nanostructured TBCs was discussed.And finally,the way of optimizing microstructure and increasing properties of nanostructure TBCs was defined.K ey w ords:nanostructured thermal barrier coatings;plasma spraying;yttrium partially stabilized zirconia 为了降低航天航空发动机的燃料消耗,提高推力/质量比,大量采用各种功能涂层来提高燃气发动机的工作温度、使用性能和使用寿命[14]。

纳米涂层材料的摩擦磨损性能研究

纳米涂层材料的摩擦磨损性能研究摩擦磨损是各种工程装置以及机械设备在运行过程中难以避免的现象。

为了保证机械设备的长期运行和降低维护成本，研究人员一直致力于开发新型涂层材料，以提高材料的摩擦磨损性能。

而纳米涂层材料由于其独特的性能和结构，成为当前研究的热点之一。

纳米涂层材料是指厚度在纳米量级的涂层材料，其粒子的粒径通常小于100纳米。

相比传统的涂层材料，纳米涂层材料具有更高的硬度和更好的耐磨性，这使得它们在摩擦磨损场合中表现出色。

首先，纳米涂层材料具有很强的硬度和刚性。

纳米颗粒的小尺寸和高比表面积使得纳米涂层材料具有优异的力学性能。

在摩擦磨损过程中，纳米涂层的硬度可以对抗外界应力，阻止材料表面的微观塑性变形，从而减少摩擦磨损。

此外，由于纳米涂层具有较高的刚性，其表面形貌变化较小，摩擦系数也相对较低。

其次，纳米涂层材料具有优异的润滑性能。

纳米颗粒的细小尺寸使得纳米涂层在其表面形成了较为光滑的纳米结构。

这种微观结构可以存储大量的润滑油，形成有效的润滑膜，减少表面间的直接接触，从而降低了摩擦磨损。

另外，纳米涂层具有较高的分散性，能够在喷涂或者电化学沉积过程中均匀地分布在基材表面，提高涂层的光滑度和润滑性。

第三，纳米涂层材料具有优异的耐磨性。

纳米涂层的微观结构可以有效地阻碍摩擦磨损粒子的运动，并且降低表面的摩擦热量和机械破坏。

此外，纳米涂层的高硬度和刚性也能够抵抗外界物理和化学侵蚀，提高涂层的使用寿命和稳定性。

纳米涂层材料的研究和应用涵盖了广泛的领域，如汽车工业、航空航天、电子设备等。

以汽车工业为例，纳米涂层材料可以应用在发动机缸套、活塞环以及传动装置等关键部件上，提高汽车发动机的效能和寿命，降低能源消耗和环境污染。

在航空航天领域，纳米涂层材料能够提高飞机发动机的涡轮叶片耐腐蚀性和耐磨性，延长其使用寿命，同时减少维护和更换的频率。

然而，纳米涂层材料的研究和应用还面临一些挑战。

首先，纳米涂层的制备工艺和涂层厚度的控制较为复杂，因此需要在制备过程中精确控制实验条件，以获得具有高质量和充分性能的纳米涂层。

电弧喷涂纳米结构涂层的组织与磨损性能

电弧喷涂纳米结构涂层的组织与磨损性能电弧喷涂技术是一种常见的表面涂层技术，其可以制备出纳米结构涂层，这种涂层具有良好的机械性能和化学稳定性。

在使用电弧喷涂制备纳米结构涂层的过程中，通过调整工艺参数，可以得到不同的涂层微观结构和物理性能。

本文介绍了电弧喷涂纳米结构涂层的制备工艺及其组织特征，同时对涂层的磨损性能进行了研究，得到了以下结论。

首先，通过电弧喷涂制备的纳米结构涂层具有良好的结晶性和致密性，其组织特征主要包括晶粒尺寸、相组成和相间界等方面。

随着电弧喷涂参数的调整，涂层的组织特征也会有所变化，例如，较低的喷涂速度和较高的沉积温度可以得到更小的晶粒尺寸和更细致的相间界。

其次，涂层的磨损性能受到涂层微观结构和外部条件的影响。

通过深入研究不同电弧喷涂纳米结构涂层的磨损性能，发现涂层的硬度、弹性模量、断裂韧性等一系列因素对其磨损性能均有影响。

其中，硬度是影响磨损性能最为重要的因素之一。

此外，还发现在一定的负载条件下，涂层的磨损行为呈现出非线性的特征，即初期的磨损速率较高，之后逐渐减缓。

在实际应用中，如何进一步提高涂层的磨损性能是一个不断探索和研究的课题。

基于对电弧喷涂纳米结构涂层组织特征和磨损性能的研究，可以采取一系列措施，例如优化工艺参数、改善涂层微观结构、采用复合涂层等方式，以期在多种外部条件下实现更好的磨损性能。

综上所述，电弧喷涂纳米结构涂层制备、组织和磨损性能等方面的研究将为涂层应用领域的发展提供有力支撑，有望为行业提供更加优质的涂层产品和技术服务。

在电弧喷涂纳米结构涂层的研究中，涂层的磨损性能是一个非常关键的研究方向。

在实际应用中，材料表面磨损是不可避免的，如何有效降低磨损程度，延长材料的使用寿命，是一个重要的应用要求。

电弧喷涂纳米结构涂层具有较高的硬度和良好的化学稳定性，因此，具有良好的抗磨损性能。

但是，在不同工作环境下，其磨损机制和磨损规律也会有所不同。

在涂层磨损研究中，通常采用多种磨损测试方法，如滑动磨损、磨料磨损、冲蚀磨损等进行试验，以探究涂层的磨损特性和磨损机制。

高速电弧喷涂FeAlCrTiC涂层组织结构及耐磨、耐腐蚀性能

2019,Vol.33,No.8　www.mater⁃　xuzhb@DOI :10.11896/cldb.18060183基金项目:国家自然科学基金(51401057); 铝合金材料先进加工技术”八桂学者专项经费;广西有色金属及特色材料加工重点实验室青年基金(GXYSYF1808);广西研究生教育创新计划(YCSW2018054)　This work was financially supported by the National Natural Science Foundation of China (51401057), Advanced Processing Technology of Aluminum Al⁃loys”Funds of Bagui scholar,Youth Foundation of Guangxi Key Laboratory of Processing for Non⁃ferrous Metals and Featured Materials (GXYSYF1808),Inno⁃vation Project of Guangxi Graduate Education (YCSW2018054).高速电弧喷涂FeAlCrTiC 涂层组织结构及耐磨㊁耐腐蚀性能周治文1,江旭东1,黄　朴1,陈孝阳1,韦德满1,许征兵1,2,1　广西大学广西有色金属及特色材料加工重点实验室,南宁5300042　广西大学广西生态型铝产业协同创新中心,南宁530004采用高速电弧喷涂技术,在45钢表面制备FeAlCrTiC 耐磨耐腐蚀涂层㊂采用光学显微镜㊁扫描电镜㊁X 射线光电子能谱仪㊁X 射线衍射仪㊁洛氏硬度计㊁销盘式磨粒磨损试验机㊁万能试验机及电化学工作站对涂层的微观结构和性能进行研究和分析㊂结果表明:高速电弧喷涂制备的FeAlCrTiC 涂层具有典型的紧密层状堆叠结构,含有晶体相㊁氧化物和少量非晶体相;涂层内部的孔隙率低,平均值仅为5.36%;涂层与基体的主要结合方式为机械结合,结合强度高,达到了40.56MPa ;涂层表面的洛氏硬度为45.5HRC ,涂层的相对耐磨性达到了1.776;涂层的自腐蚀电位相比基体提高了113.8mV ,耐腐蚀性能较好㊂关键词高速电弧喷涂　FeAlCrTiC　组织　耐磨　耐腐蚀中图分类号:TG178 文献标识码:AMicrostructure ,Wear and Corrosion Resistance of FeAlCrTiC Coatings Prepared by High⁃velocity Arc SprayingZHOU Zhiwen 1,JIANG Xudong 1,HUANG Pu 1,CHEN Xiaoyang 1,WEI Deman 1,XU Zhengbing1,2,1　Guangxi Key Laboratory of Processing for Non⁃ferrous Metal and Featured Materials,Guangxi University,Nanning 5300042　Center of Ecological Collaborative Innovation for Aluminum Industry in Guangxi,Guangxi University,Nanning 530004FeAlCrTiC wear⁃resistant and corrosion⁃resistant coatings were prepared on the substrate of 45steel by using high⁃velocity arc spraying (HVAS)technology.The microstructures and properties of the coatings were studied and analyzed by optical microscope,SEM,X⁃ray pho⁃to⁃electron spectroscopy,X⁃ray diffractometer,Rockwell hardness tester,pin⁃disc abrasive wear testing machine,universal testing machine and electrochemical workstation.The results show that the FeAlCrTiC coatings have a typical tight layered structure,and contain crystalline and oxide and little amorphous phases.The average value of internal porosity of coating is 5.36%.The main combination between coating and substrate are mechanical combination.The bonding strength between coating and matrix reaches 40.56MPa.The Rockwell hardness of the coating sur⁃face is 45.5HRC.The relative wear resistance of the coating reaches 1.776.The self⁃corrosion potential of the coating is 113.8mV higher than that of the substrate,which lead to better corrosion resistance performance.Key words high⁃velocity arc spraying,FeAlCrTiC,microstructure,wear resistance,corrosion resistance0　引言20世纪初期,Max Ulrich Schoop 最早提出电弧喷涂技术,并将其用于热喷涂铅㊁锌的防腐涂层中[1]㊂早期普通电弧喷涂技术制备的涂层孔隙率较大,质量较差,与基体的结合强度低,因此高速电弧喷涂技术应运而生㊂它依据气体动力学原理,将两根导电的金属喷涂丝材放入新型喷枪的拉伐尔导电嘴,两根金属丝在与喷枪末端成一定角度后相接短路产生电弧,高能量的电弧使丝材端部熔化成熔滴,熔滴被高速气流雾化后形成微小熔滴,迅速射向工件表面,形成致密的电弧喷涂涂层[2⁃3]㊂随着工业生产水平的迅速发展,要求一些处于关键部位的机械零部件需要同时具备耐磨㊁耐腐蚀等性能[4⁃5],以应用于严苛的环境中㊂与传统电弧喷涂相比,高速电弧喷涂涂层的结构紧凑致密,孔隙及涂层内部的缺陷率较低,雾化颗粒小,而且综合性能有较大提高[6]㊂因此,高速电弧喷涂能够在防腐㊁耐磨等领域得到广泛应用[7⁃8]㊂电弧喷涂Fe⁃Al 涂层具有低密度㊁低成本㊁优异的抗冲蚀性能和高硬度等特点[9]㊂为了提高Fe⁃Al 涂层在室温下的耐磨性能,周勇等[10]在Fe 基粉芯丝材中添加Nb㊁B 等粉末,采用电弧喷涂技术成功制备含有Fe 3Al 和FeAl 硬质合金相的FeAlNbB 耐磨损涂层,该涂层的耐磨性是基体20钢的12~33倍,其失效形式是犁沟效应和磨粒磨损㊂Gleason 等[11]的研究表明,B㊁Zr 反应生成的ZrB 2能改善铁铝合金的晶粒结构,防止合金发生脆性断裂,可提高Fe⁃Al 涂层的室温塑性㊂B 的加入降低了铁铝金属间化合物的表面活性,抑制了空气中水与铝原子的反应;B 原子还可分散于晶界处从而强化晶界,防止沿晶脆断的发生㊂Dallaire 等[12]采用304不锈钢带包覆TiB 2硬质相和Sn 等芯粉的丝材,制备电弧喷涂涂层,研究了涂层组织及磨粒磨损性能㊂结果表明,当TiB 2在涂层中的体积分数从0%增至33%时,涂层的抗磨粒磨损性能明显提高㊂45钢属于中碳优质碳素结构钢,经热处理后,具有较高强度㊁良好塑性及韧性等综合力学性能,被广泛用作机械工程行业的轴类㊁齿轮和活塞销等重要零部件[13]㊂某型号45钢钛白粉酸解双轴搅拌叶片,长期在高温㊁磨损和腐蚀的环境下工作,其寿命仅有3~5个月㊂前期采用市售KM99和AFE505电弧喷涂粉芯丝材,效果欠佳㊂本课题组在Fe 基粉1772芯中添加不同含量的金属粉末与陶瓷粉末设计电弧喷涂粉芯丝材,采用高速电弧喷涂技术制备涂层,进行丝材的系列试验,对涂层的耐磨㊁耐腐蚀性能进行研究,以期在基体材料表面制备一种多元素且同时具备耐磨和耐腐蚀性能的涂层,使其具有优良的综合性能,提高产品的使用寿命[14⁃15]㊂1　实验1.1　实验材料与仪器本实验中用到的无水乙醇㊁氯化钠粉末为分析纯,分别购于天津市大茂化学试剂厂与广东省化学试剂工程技术研究所;氯化钠溶液溶剂为去离子水,由广西大学化学与化工学院提供㊂TiAl3㊁Cr3C2㊁C㊁V㊁Mo㊁Nb㊁Al㊁Fe等粉末的直径为80~200目㊂E⁃7胶购于上海合成树脂研究所㊂物相分析采用Rigaku D/MAX2500V型X射线衍射仪和XPS/INA⁃X型X射线光电子谱和二次中性粒子质谱联合系统㊂涂层形貌分析采用S⁃3400N型扫描电子显微镜㊂涂层粉末形貌分析采用Hitachi SU8220型场发射扫描电镜㊂1.2　试样制备试验基体材料为45钢㊂喷涂前使用无水乙醇和超声波对基体材料进行清洗,以去除表面残留的油脂和污垢,之后采用喷砂对基体材料表面进行粗化处理㊂喷砂选用16目的SiC 磨料,喷砂的空气压力为0.33MPa,距离为200mm,粗化后对基体材料进行清理和保护㊂喷涂丝材粉芯主要含有(质量分数):TiAl3(20%~35%)㊁Cr3C2(10%~20%)㊁C(5%~15%)㊁V(5%~10%)㊁Mo(5%~15%)㊁Nb(2%~8%)㊁Al(10%~ 20%),余量为Fe等㊂钢带为304不锈钢㊂经前期试验优化后的喷涂工艺参数见表1,涂层试样的厚度为0.8mm㊂表1　电弧喷涂工艺参数Table1　Process parameters of arc sprayingVoltage/V Current/A Atomizing airpressure/MPaSpraying distance/mm351500.652501.3　试验方法金相试样经镶嵌㊁研磨㊁抛光等过程后,使用Leica DM2700光学显微镜观察涂层的截面形貌,再使用显微镜自带的LAMOS Series图像分析系统按照GB/T3365⁃2008对涂层孔隙率进行视场选取,随机取五个视场,以平均值作为涂层的孔隙率㊂使用X射线衍射(XRD)仪和X射线光电子能谱分析(XPS)仪对涂层的表面进行物相分析㊂使用扫描电子显微镜(SEM)观察喷涂后涂层的表面形貌㊁拉伸断口及磨损表面的形貌,并使用EDS分析仪对磨屑粉末进行分析㊂采用HR⁃150A洛氏硬度计测定涂层的表面硬度,测定五个点,并取其算术平均值作为测试结果㊂涂层与基体之间的结合强度测定依据GB/T8642⁃2002拉伸试验标准进行㊂将试样制备成尺寸为Φ25mm×45mm的圆棒,采用E⁃7胶进行粘接,在100℃下加热3h固化胶结㊂在UTM5105电子万能试验机上进行拉伸试验,拉伸速率为0.8mm/min,取三组试样的均值作为最终涂层的结合强度㊂按照JB/T7506⁃1994在ML⁃100型销盘式磨粒磨损试验机上进行磨损试验,测定试样与基体的磨损失重比,试验载荷为10N,进给量为4mm/r,转盘转速为120r/min,磨粒选用600目的SiC砂纸㊂在Gamry750电化学工作站上采用三电极测量体系对涂层进行电化学测试㊂铂片(30mm×30mm)为辅助电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,试验溶液为3.5%(质量分数)的NaCl水溶液,试样在溶液中浸泡1800s㊂极化扫描范围相对开路电位为-0.8~0.5V,扫描速度为2mV/s㊂极化曲线采用Echem Analyst软件进行拟合㊂2　结果与讨论2.1　FeAlCrTiC涂层显微组织结构和物相分析图1是FeAlCrTiC涂层的金相组织㊂图1a中左侧为基体材料,右侧为涂层,可以看出,涂层均呈现典型的紧密波浪态层状结构,由扁平化粒子㊁氧化物及孔隙组成㊂出现波浪态层状结构的原因是两端丝材短路时产生的巨大能量使粉芯丝材熔化并形成熔滴,熔滴被高压气体瞬间雾化后形成的微小粒子迅速撞击到基体表面,铺展固化形成了层状结构㊂涂层与基体结合处出现的明显分层是因为基体材料在喷涂之前经过了喷砂预处理,磨料撞击表面会形成一定的粗糙度,出现凹凸不平的小坑,雾化后的熔滴被高速㊁高压空气撞击到基体表面并镶嵌到基体表面中,与基体形成机械结合㊂从图1b中看到,涂层内部组织致密,扁平化粒子相互紧密嵌合,没有出现较大的孔隙㊁微裂纹等缺陷㊂由图像分析系统测得该涂层的孔隙率平均值为5.36%,方差啄2为0.12,孔隙率较低,方差数值很小,每组数据的结果波动也较小,说明孔隙分布比较均匀㊂这是因为添加少量的Nb元素可以适当增强原子的密集堆垛,显著改善涂层的致密性,降低涂层的孔隙率及缺陷[16]㊂图1　FeAlCrTiC涂层截面金相照片:(a)涂层截面和(b)涂层组织结构Fig.1　Metallographs of FeAlCrTiC coatings surface section:(a)coatings section,(b)coatings structure图2是涂层的SEM照片和EDS谱图㊂由图2可知,涂层粒子边界处灰色相中的氧元素质量分数达到36.80%,可知该相为氧化物㊂图3是FeAlCrTiC涂层的XPS全谱分析图,可以看到涂层表面含有Fe㊁Cr㊁O㊁C元素,其中O1s的峰与Fe2p1和Fe2p3的峰比较强,是因为O与Fe相互结合形成了稳定的氧化物,如Fe3O4㊁Fe2O3㊂因此,结合EDS和XPS 的分析可确定涂层中的灰色物质氧化物是Fe3O4㊁Fe2O3㊂图4是涂层的X射线衍射图谱,可以看出,在40~50°之间的衍射峰峰底出现了一定程度的宽化现象,且在宽化的漫射峰上出现了部分尖锐的峰㊂据相关文献[17⁃18]可知,在衍射峰底部出现宽化现象,表明涂层中可能存在某些未知的非晶相,即该涂层可能为晶体与非晶体共存的产物㊂通过物2772材料导报(B),2019,33(8):2771⁃2776相标定可得,涂层中含有Fe 2AlV㊁FeAl㊁Ti 3AlC 和Fe⁃Cr 固溶体四种物相㊂粉芯丝材中的金属与化合物粉末在电弧喷涂高温㊁高压的条件下发生熔融,短时间内熔融的金属与化合物互扩散混合,并且原子之间也相互固溶,然后熔融物迅速被喷射到冷基体上,发生碰撞㊁流动形成扁平化粒子,冷却㊁凝固时产生了晶体相与少量非晶体相的共同产物㊂其中,形成的Fe 2AlV㊁FeAl 两种金属间化合物具有较高的硬度㊁耐磨性及耐腐蚀性能㊂图2　FeAlCrTiC 涂层截面的(a)SEM 图(红色标记为能谱测定点);(b)能谱分析(电子版为彩图)Fig.2　(a)SEM (red mark is the spectrum measurement point)and (b)energy spectrum analysis of FeAlCrTiC coatings surfacesection图3　FeAlCrTiC 涂层的XPS 全谱Fig.3　XPS full spectrum of FeAlCrTiCcoatings图4　FeAlCrTiC 涂层的X 射线衍射谱Fig.4　XRD patterns of FeAlCrTiC coatings图5是FeAlCrTiC 涂层表面的SEM 形貌㊂从图5可以看出,涂层为光滑的花瓣状”扁平化粒子不规则堆叠成的层状结构,在基体表面铺展良好㊂电弧喷涂时,熔滴高速撞击基体表面,一方面熔滴铺展扁平化,另一方面产生少量飞溅而形成小颗粒㊂因此,观察到的涂层表面是由扁平化粒子和凸起的小颗粒组成㊂此外,涂层表面未观察到未熔的大颗粒相㊂图5　FeAlCrTiC 涂层表面的SEM 照片Fig.5　Microstructure of FeAlCrTiC coatings surface在电弧喷涂初期,丝材中部分金属或化合物被加热至熔融状态,并在高压空气作用下被喷向基体表面,经过变形㊁冷却和凝固形成扁平化粒子㊂随着喷涂过程的不断进行,扁平化粒子逐渐堆叠,由于部分熔滴无法和先前到达基体的已扁平化粒子很好地堆叠,在堆叠过程中不可避免地会混有少量空气㊂在喷涂结束后的冷却过程中,不能规则堆叠的高温粒子也会因冷凝而发生体积收缩,在涂层内部产生凹陷的气孔和孔隙[19]㊂2.2　涂层硬度表2是FeAlCrTiC 涂层的洛氏硬度,可以看出,涂层的洛氏硬度平均值为45.5HRC,而未进行热处理的45钢在出厂时的洛氏硬度为16.1HRC,可见涂层的硬度远高于基体材料的硬度㊂当雾化空气压力为0.65MPa 时,高温熔滴充分雾化,获得较大的喷射速度,使涂层获得较为致密的层状结构,且涂层孔隙率较小,涂层中晶体与少量非晶体共同存在,硬质相分散在涂层中起到弥散强化的作用,在一定程度上可增加涂层的硬度,故涂层的硬度比较大㊂表2　FeAlCrTiC 涂层的洛氏硬度Table 2　The Rockwell hardness values of FeAlCrTiC coatings CoatingsRockwell hardness (HRC)Arithmetic mean (HRC)FeAlCrTiC 47.047.643.644.145.345.52.3　涂层耐磨性能从表3中可以看出,相比于基体材料,FeAlCrTiC 涂层的耐磨性有了显著提高㊂这是因为该涂层的孔隙率较小,涂层结构致密度较高,在一定程度上改善了扁平化粒子相互结合的情况,且涂层中晶体相与少量非晶体相共同存在,形成的Fe 2AlV㊁FeAl 两种金属间化合物又具有较高的硬度和耐磨性,使得涂层受到磨损时不易脱落,因此该涂层的平均磨损失重比基体小,耐磨损性能也比较好㊂3772高速电弧喷涂FeAlCrTiC 涂层组织结构及耐磨、耐腐蚀性能/周治文等表3　FeAlCrTiC 涂层与基体的磨损测试结果Table 3　Result of abrasion test of FeAlCrTiC coatings and substrate Samples Number Pre⁃wear quality /mgWear quality /mgWear weightlessness /mgAverage wear weightlessness /mgRelative wear resistanceFeAlCrTiC13014.33004.110.222998.82989.49.432983.22973.49.89.81.77645steel12905.82887.418.422898.42881.417.032903.92887.116.817.41.000 图6a 为45钢的表面磨损形貌,可以看出,基体表面有明显的犁沟,呈现塑性切削状特征,划痕较宽且数量较多,犁沟较深㊂图6b 为涂层的表面磨损形貌,可以看出,涂层磨损表面存在少量的犁沟㊁凹坑和剥落㊂这是因为涂层在所施加载图6　(a)45钢和(b)FeAlCrTiC 涂层的表面磨损形貌Fig.6　The worm surface of (a)45steel and (b)FeAlCrTiCcoatings图7　FeAlCrTiC 涂层磨屑粉末的EDS 扫描图:(a)涂层磨屑;(b)Fe 元素;(c)Al 元素;(d)V 元素;(e)Cr 元素;(f)C 元素;(g)Ti 元素Fig.7　The EDS scan of FeAlCrTiC coatings abrasive powder:(a)coating powder,(b)Fe,(c)Al,(d)V,(e)Cr,(f)C,(g)Ti荷的作用下会发生微小的塑性变形,而涂层中又含有较高硬度与强度的金属间化合物(如Fe 2AlV㊁FeAl 等)与少量非晶体相,这些物质在摩擦的过程中可以起到耐磨作用并承受一定的载荷,有利于提高涂层的抗塑性变形能力,但在磨损过程中硬质相从涂层表面剥落后难以再嵌入到涂层表面中,随着摩擦的持续进行,涂层表面出现了少量且轻微的犁沟特征㊂图6b 中凹坑的出现原因是涂层不规则的层状特征以及扁平颗粒之间存在氧化物和孔隙夹杂等缺陷,使得扁平颗粒在磨损的过程中受到多次挤压切削作用,造成涂层表面疲劳失效㊁硬质相颗粒脱落,最终形成凹坑㊂因此涂层的磨损形式为磨粒磨损和犁沟塑性切削㊂FeAlCrTiC 涂层磨屑粉末的元素面扫描分布如图7所示,可以看出,磨屑的粉末中含有Fe㊁Al㊁V㊁Ti㊁Cr㊁C 等元素㊂结合上述的XRD㊁XPS㊁EDS 分析可知,涂层中含有Fe 2Al㊁Fe 2AlV 硬质相的金属间化合物,以及Fe⁃Cr 固溶体和Ti 3AlC㊂2.4　涂层结合强度结合强度能够直观地反映涂层的力学性能㊂表4是Fe⁃AlCrTiC 涂层与基体结合强度的测试值,试样剥落部位均分布于涂层与基体结合的界面处㊂从表4中可知,涂层与基体具有较高的结合强度,平均值为40.56MPa㊂这是因为涂层和基体的结合强度与喷涂粒子喷射出来的动能有关,超音速电弧喷涂相比普通电弧喷涂粒子的飞行速度提高近一倍,可达400m /s,所以动能将提高四倍,而动能越大,雾化熔滴粒子对基体表面的冲击越大,涂层与基体的结合强度越高㊂表4　FeAlCrTiC 涂层与基体的结合强度Table 4　The bonding strength between FeAlCrTiC coatings and substrate CoatingsBonding strength /MPaAverage value /MPaFeAlCrTiC 37.2540.9142.5838.6743.3940.56 图8是FeAlCrTiC 涂层与基体结合处断裂的SEM 形貌,可以看出,结合处的断裂属于脆性断裂㊂从图8中可以得出涂层的断裂特征有以下几点:(1)熔滴在基体表面能充分铺展,粒子之间相互镶嵌得比较牢固,使得涂层的结合强度有所提升㊂(2)涂层的不规则层状结构导致其内部存在一定的孔隙及缺陷,丝材中粉末的热膨胀系数和物理性能均不相同,在快速冷却和沉积的过程中孔隙及缺陷处会存在一定的残余应力,当外界施加的载荷大于涂层的结合强度最大值时,残余应力会导致涂层开裂,裂纹会在孔隙及缺陷中产生,故涂层断裂一般发生在孔隙及缺陷部位[20]㊂(3)粒子交界处是涂层结合的薄弱处,因此断裂主要发生在粒子界面4772材料导报(B ),2019,33(8):2771⁃2776处[21]㊂(4)图8中箭头所指的部位存在粒子被拉断的情况,说明该部位粒子层面结合强度较好,导致涂层的断裂是在粒子的内部发生的㊂图8　FeAlCrTiC 涂层与基体结合处的断口形貌Fig.8　Fracture morphology of FeAlCrTiC coatings bonded to matrix2.5　涂层耐腐蚀性能机理图9是FeAlCrTiC 涂层与基体在3.5%(质量分数)NaCl 溶液中的极化曲线,从图9中可知,相对基体材料45钢,涂层的自腐蚀电位发生正移,自腐蚀电流密度也降低㊂虽然涂层中存在少量的孔隙,但在涂层的极化曲线中并未看到拐点,即出现明显的点蚀倾向,这说明涂层中的孔隙并没有贯穿整个涂层,而是一种半封闭式的孔隙㊂粉芯丝材中添加的金属粉末Mo 会与Cr 结合(Mo 和Cr 分别起到物理屏蔽和阻挡腐蚀介质的作用),有助于提高涂层的局部耐腐蚀能力,降低涂层的腐蚀速率[22]㊂另外,涂层中含有Fe 2AlV㊁FeAl㊁Ti 3AlC 三种金属间化合物,这些物质本身具有较高的耐腐蚀性能,因此涂层的耐电化学腐蚀性比基体材料更好㊂表5是FeAlCrTiC 涂层与基体材料45钢的极化曲线拟合值,可以看出,涂层的自腐蚀电位(E corr )为-525.7mV,相比基体提高了113.8mV,自腐蚀电流密度(I corr )相比基体材料低了一个数量级,而自腐蚀电流密度越低,说明耐腐蚀性越好㊂因此,结合极化曲线可知,涂层的耐电化学腐蚀性能优于基体材料㊂表5　FeAlCrTiC 涂层极化曲线拟合值Table 5　The fitting values of FeAlCrTiC coatings polarization curvesSamplesE corr /mV I corr /(A㊃cm -2)FeAlCrTiC -525.73.67×10-545steel -639.51.29×10-4图9　FeAlCrTiC 涂层与45钢在3.5%(质量分数)NaCl 溶液中的极化曲线Fig.9　Polarization curves of FeAlCrTiC coatings and 45steel in 3.5%(mass fraction)NaCl solution自腐蚀电流密度直观反映了材料发生腐蚀的剧烈程度,其与电化学反应速率关系见式(1)[23]:v =I corr nF(1)式中:v 为电化学反应速率;I corr 为自腐蚀电流密度;n 为电极反应得失电子数;F 为法拉第常数㊂在电子的转移过程中,会形成Fe 3+(氧化性金属离子),而溶液中存在活性阴离子Cl -,因此会发生如下反应[24]:Fe →Fe 2++2e -(2)Fe 2+→Fe 3++e -(3)Fe 3++3Cl -→FeCl 3(4)在电极反应得失电子数相等的情况下,自腐蚀电流密度与电化学反应速率成正比,自腐蚀电流密越大则腐蚀速率越快,反之则越慢㊂因此,涂层与基体材料的得失电子数均取3,根据式(1)可计算出FeAlCrTiC 涂层与45钢的腐蚀速率,如表6所示,可知45钢基体材料的腐蚀速率大于涂层的腐蚀速率㊂表6　FeAlCrTiC 涂层与45钢的腐蚀速率Table 6　Corrosion rate of FeAlCrTiC coatings and 45steelSamplesCorrosion rate /(mol /(m 2㊃s))FeAlCrTiC 1.27×10-645steel 4.46×10-6 对涂层而言,自腐蚀电位E corr 越高,自腐蚀电流密度I corr越低,防护效果就会越好㊂自腐蚀电位E corr 低说明涂层材料在热力学上的腐蚀倾向大,自腐蚀电流密度I corr 越大说明涂层材料在腐蚀动力学上的腐蚀速率越快㊂在腐蚀环境下,涂层中弥散分布的硬质金属合金相极易脱落,导致涂层使用寿命缩短㊂由以上分析可知,涂层自身的物理屏蔽作用和自腐蚀电位的正移使得能够接触到基体表面的腐蚀液非常少,从而降低了基体发生腐蚀的概率㊂涂层自腐蚀电位的正移(但电位仍在满足的范围内)与自腐蚀电流密度的降低致使涂层的反应活性降低,延长了涂层的使用寿命㊂3　结论(1)利用高速电弧喷涂技术在45钢表面成功制备FeAl⁃CrTiC 耐磨耐腐蚀涂层,并成功研制FeAlCrTiC 粉芯丝材㊂试验结果表明:FeAlCrTiC 涂层的孔隙率低,为5.36%;涂层组织结构结合紧密,呈现出典型的扁平化粒子且为相互镶嵌堆叠起来的波浪态层状结构,主要由扁平化的Fe 2AlV㊁FeAl㊁Ti 3AlC 和Fe⁃Cr 固溶体四种物相㊁灰色相的Fe 3O 4与Fe 2O 3氧化物和少量的非晶体相构成㊂(2)FeAlCrTiC 涂层的洛氏硬度值为45.5HRC;涂层与基体之间的结合方式为机械结合,结合强度达到40.56MPa;涂层中生成的耐腐蚀相㊁少量非晶体相和添加少量的Mo㊁Cr 元素等使得涂层的自腐蚀电位相比基体提高了113.8mV,达到525.7mV㊂因此,涂层的耐腐蚀性能较好㊂(3)根据微观组织观察及性能测试结果可知,FeAlCrTiC涂层具有较好的耐磨㊁耐腐蚀性,因此能很好地改善在特殊场合下使用的钢铁材料的耐磨㊁耐腐性能,延长钢铁材料的使用寿命㊂5772高速电弧喷涂FeAlCrTiC 涂层组织结构及耐磨、耐腐蚀性能/周治文等参考文献1　Tian H L,Wei S C,Chen Y X,et al.Rare Metal Materials and Engi⁃neering,2014,43(1),135(in Chinese).田浩亮,魏世丞,陈永雄,等.稀有金属材料与工程,2014,43(1), 135.2　Wei S C.China Surface Engineering,2011,24(2),30(in Chinese).魏世丞.中国表面工程,2011,24(2),30.3　Wang Hangong,Zha Bailin,Su Xunjia,et al.In:International Thermal Spray Confe⁃rence.Singapore,2001,pp.467.4　Khan M N,Shamim T.Journal of Thermal Spray Technology,2014,23 (6),910.5　Sun J J,Zhou Z Q.Surface Technology,1997,7(1),43(in Chinese).孙景江,周正权.表面技术,1997,7(1),43.6　Liu Giumin,Roz㊃niatowski K,Kurzydtowski K J.Mate⁃rials Characteriza⁃tion,2001,46(2),99.7　Tien S K,Duh J G,Chen Y I.Surface&Coatings Technology,2004, 177,532.8　Zaat J H.Annual Review of Materials Research,1983,13(1),9.9　Stoloff N S.Materials Science&Engineering A,1998,258(1⁃2),1. 10Zhou Y,Wang M,Zhao F,et al.Surface Technology,2017,46(10), 156(in Chinese).周勇,王猛,赵飞,等.表面技术,2017,46(10),156.11Gao H Y,He Y H,Shen P Z.Materials Review,2008,22(7),68(in Chinese).高海燕,贺跃辉,沈培智.材料导报,2008,22(7),68.12Dallaire S,Levert H.Journal of Thermal Spray Technology,1997,6 (4),456.13Meng C.New Technology and New Products of China,2011,13(9), 125(in Chinese).孟成.中国新技术新产品,2011,13(9),125.14Inoue Akihisa,Gook Jin Seon.Materials Transactions JIM,2007,36 (9),1180.15Rezakhani D.Anti⁃Corrosion Methods and Materials,2007,54(4), 237.16Wang Y.Foundry Technology,2015(10),2467(in Chinese).王颖.铸造技术,2015(10),2467.17Guo J H,Lu C W,Ni X J,et al.China Surface Engineering,2006,19 (5),45(in Chinese).郭金花,陆曹卫,倪晓俊,等.中国表面工程,2006,19(5),45. 18Song X Y,Wu Y J,Gao S Y,et al.Hot Working Technology,2017,46 (8),167(in Chinese).宋晓勇,吴亚军,高守阳,等.热加工工艺,2017,46(8),167. 19Zhang S Q.Study on preparation and tribological properties of Fe⁃based amorphous coating deposited by arc spraying.Master’s Thesis,Henan U⁃niversity of Science and Technology,China,2010(in Chinese).张绍强.电弧喷涂Fe基非晶涂层的制备及摩擦学性能研究.硕士学位论文,河南科技大学,2010.20Hu A P,Kong D J,Zhu Wei.Tool Engineering,2008,42(11),34(in Chinese).胡爱萍,孔德军,朱伟.工具技术,2008,42(11),34.21Zou H,Wang Z P,Ji Z H.Heat Treatment of Metals,2010,35(2),51 (in Chinese).邹慧,王志平,纪朝辉.金属热处理,2010,35(2),51.22Wang Y,Zheng Y G,Wang J Q,et al.Acta Metallurgica Sinica,2015, 51(1),49(in Chinese).王勇,郑玉贵,王建强,等.金属学报,2015,51(1),49.23Kang W L,Wang F P.Electrochemical corrosion principle methods and applications,Chemical Industry Press,China,2008(in Chinese).康万利,王凤平.腐蚀电化学原理㊁方法及应用,化学工业出版社, 2008.24Zhang B H,Cong W B,Yang P.Metal electrochemical corrosion and pro⁃tection,Chemical Industry Press,China,2011(in Chinese).张宝宏,丛文博,杨萍.金属电化学腐蚀与防护,化学工业出版社, 2011.(责任编辑　荆秋叶) Zhiwen Zhou receiced his bachelor’s degree in materialforming and control engineering in Heilongjiang Univer⁃sity of Science ang Technology.His master’s degreestudying on Materials Processing Engineering in Guan⁃gxi University.His research interests focus on surfacewear resistance and corrosion resistance by high velocityarc spraying.周治文,广西大学硕士研究生㊂2012年9月至2016年7月,在黑龙江科技大学获得材料成型及控制工程专业工学学士学位,2016年9月至今,就读广西大学材料加工工程专业,攻读硕士学位㊂主要从事超音速电弧喷涂表面耐磨损和耐腐蚀研究㊂Zhengbing Xu obtained his materials processing engi⁃neering doctor’s degree in State Key Laboratory of Soli⁃dification Processing in Northwestern Polytechnical Uni⁃versity.He is currently a professor and master supervi⁃sor in Guangxi university.He is engaged in processingtheory and technology of non⁃ferrous metal materials.Currently,his research interest focuses on the proces⁃sing technology and melt treatment of aluminum alloysand surface engineering.He hosts1Natural ScienceFoundation of China and2provincial and ministerial projects.He has pub⁃lished more than20journal papers,applied4national invention patents inthe last five years.许征兵,广西大学副教授,硕士生导师,2010年在西北工业大学凝固技术国家重点实验室材料加工工程专业获博士学位㊂长期从事有色金属材料加工理论与工艺研究,目前研究领域主要是铝合金的熔体处理和加工技术以及表面工程的研究㊂近五年来主持国家自然科学基金项目1项,省部级项目2项,第一或通讯作者发表论文20余篇,以第一发明人申请发明专利4项㊂6772材料导报(B),2019,33(8):2771⁃2776。

电弧喷涂NiAl涂层摩擦磨损性能研究

应，反应式如下：其Ｎ＋Ａ — ＮＡ＋ＱｉｌｉｌＮ＋Ａ — Ｎ３１ｉ１｝ｉ＋ＱＡ（）３（）４
从而在基体表面的涂层中形成了Ｎ３ｌＮＡ。ｉ和ｉ１Ａ
图１磨损试验原理图
５８２１０２年第５期
反应同时放出大量的热，种热量是镍铝复合丝材具这
锷搞生产应用
表３两种涂层显微硬度统计表ＨＶ０２．
２２涂层滑动摩擦系数．２２１试验参数研究．．利用立式万能试验机测试两种涂层的滑动摩擦系
的摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验。磨损过程为接
触式往复滑动，理如图１所示。试样尺寸为３０ｍ原０ｍ ×１０ｍｍ ×６ｍ摩擦配副为６ｍ的冷轧ＡＴ５ｍ，３ｍＳＭＡ２Ｃａｓ２９ｌ２弹簧钢丝（度Ｈ４０，向压力为１３８ｓ硬Ｖ３）法３．Ｎ－．８Ｎ，Ｉ９滑动速度为２／，复位移幅值为２５－０５ｍｍｓ往２ｍｍ，试验温度为室温。两种涂层分别进行２，０１０，５５，０２０３０４０和５０次循环的磨损，验后采用０，０，００试
对基体进行丙酮清洗和喷砂处理，砂粒为４５ｍ的白１刚玉，砂压力为０４ＭＰ，喷．ａ喷砂时间２。０Ｓ
１３试验方法．
利用ＱａｔＦＧ２０型扫描电子显微镜进行涂层ｕｎａＥ５显微组织观察；用ＨＳ一１０利Ｖ００型显微硬度仪测量涂层的显微硬度，荷为４９Ｎ，载．加载时间为２；０Ｓ利用Ｄ８

纳米涂层的耐磨性与应用研究

纳米涂层的耐磨性与应用研究关键信息项：1、纳米涂层的材料组成与性能参数材料成分：＿___________________________硬度指标：＿___________________________摩擦系数：＿___________________________耐磨寿命：＿___________________________2、研究的方法与流程实验设备：＿___________________________测试标准：＿___________________________数据采集方式：＿___________________________分析方法：＿___________________________3、应用领域及预期效果工业制造：＿___________________________电子设备：＿___________________________医疗器材：＿___________________________效果评估指标：＿___________________________4、研究的时间节点与进度安排启动时间：＿___________________________阶段性成果交付时间：＿___________________________最终完成时间：＿___________________________5、知识产权归属与成果分享专利申请权：＿___________________________学术论文发表：＿___________________________成果推广权益：＿___________________________11 研究背景随着科技的不断发展，纳米技术在材料领域的应用日益广泛。

纳米涂层作为一种具有优异性能的新型材料，其耐磨性成为了研究的重点。

本协议旨在明确关于纳米涂层的耐磨性与应用研究的相关事宜，确保研究工作的顺利进行和有效成果的产出。

111 纳米涂层的定义与特点纳米涂层是指通过特定的工艺将纳米级的材料沉积在基体表面形成的薄膜。

纳米涂层的制备工艺与性能评估研究探讨

纳米涂层的制备工艺与性能评估研究探讨在当今科技飞速发展的时代，纳米技术已经成为众多领域的研究热点。

其中，纳米涂层以其独特的性能和广泛的应用前景受到了广泛的关注。

纳米涂层是指通过特定的制备工艺在基体表面形成的一层厚度在纳米尺度的涂层。

它能够显著改善基体的表面性能，如耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性等。

本文将对纳米涂层的制备工艺以及性能评估进行深入的研究探讨。

一、纳米涂层的制备工艺1、物理气相沉积（PVD）物理气相沉积是一种常见的纳米涂层制备方法，包括蒸发镀膜、溅射镀膜等。

在蒸发镀膜中，将镀膜材料加热至蒸发温度，使其气化并在基体表面沉积形成涂层。

溅射镀膜则是通过高能粒子轰击靶材，使靶材原子溅射出来并沉积在基体上。

PVD 方法制备的纳米涂层具有纯度高、结合力强等优点。

2、化学气相沉积（CVD）化学气相沉积是利用气态先驱反应物在基体表面发生化学反应并沉积形成涂层的方法。

常见的 CVD 方法包括热 CVD、等离子体增强CVD 等。

CVD 制备的纳米涂层具有均匀性好、覆盖度高的特点，但工艺相对复杂，成本较高。

3、溶胶凝胶法溶胶凝胶法是通过将金属醇盐或无机盐溶液水解、缩聚形成溶胶，然后经过凝胶化、干燥和热处理得到纳米涂层。

这种方法可以在较低的温度下制备出均匀、纯度高的涂层，但涂层的厚度较难控制。

4、电沉积法电沉积法是在含有金属离子的电解液中，通过施加电流使金属离子在阴极表面还原并沉积形成涂层。

通过控制电流密度、电解液成分等参数，可以制备出纳米结构的涂层。

该方法操作简单、成本低，但涂层的性能相对较易受到电解液成分和工艺条件的影响。

二、纳米涂层的性能评估1、涂层的厚度和成分分析涂层的厚度是影响其性能的重要因素之一。

常用的测量方法包括扫描电子显微镜（SEM）、X 射线荧光光谱（XRF）、辉光放电光谱（GDOES）等。

成分分析则可以通过 X 射线衍射（XRD）、能量色散X 射线光谱（EDS）等手段来确定涂层中的元素组成和相结构。

Fe基非晶纳米晶电弧喷涂层的摩擦磨损行为

Fe基非晶纳米晶电弧喷涂层的摩擦磨损行为马晓琳;周勇【摘要】利用超电弧喷涂技术在20#钢基体上制备含有非晶纳米晶的铁基涂层.采用扫描电镜分析涂层的组织形貌,用X射线衍射分析涂层的相结构,并对涂层与基体20#钢在干摩擦条件下的摩擦学性能进行对比研究.结果表明:Fe基非晶纳米晶涂层中含有非晶相和纳米相,孔隙率较低,具有较高的硬度;相同条件下,涂层的摩擦因数较小,磨损量较小,涂层的耐磨性优于20#钢;20#钢基体的磨损失效形式为黏着磨损,而Fe基非晶纳米晶涂层的失效形式开始时是疲劳磨损,随着粒子的脱落,失效形式就变为磨粒磨损.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2016(041)004【总页数】4页(P78-81)【关键词】电弧喷涂;Fe基涂层;非晶相涂层;摩擦磨损【作者】马晓琳;周勇【作者单位】西安石油大学材料科学与工程学院陕西西安710065;西安石油大学材料科学与工程学院陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】TH117.1由于快速凝固，凝固时原子不足以有序地排列结晶，获得的晶态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在的固体合金,被称为金属玻璃，也称为非晶合金。

非晶合金是在冶金材料科学的一场革命，其具备很多其独有的特性，如高强度、高硬度，优良的耐蚀性、耐磨性，较高的电阻率、较好的储氢性能以及机电耦合性等[1-3]。

其中，Fe基非晶合金不但具有一般非晶合金所具备的特征，而且铁元素含量丰富，制备过程中要求真空度低，从而使材料成本和制备成本较低，易获得推广使用[4]。

常用的制备非晶涂层的热喷涂技术有电弧喷涂技术[5]、等离子喷涂技术[6]、超音速火焰喷涂技术[7]等。

目前，采用电弧喷涂方法已经成功制备了Al基、Ti基、Cu基、Zr基和Fe基非晶态涂层。

但受制备工艺的限制，电弧喷涂的涂层是层层叠加的，通常涂层中会含有1%～3%的孔隙，因此电弧喷涂制备的含有非晶相的涂层的耐磨性与传统的非晶合金存在着差异[8]。

304不锈钢表面喷涂Ni-Al 涂层与耐磨涂层的组织与摩擦性能

304不锈钢表面喷涂Ni-Al 涂层与耐磨涂层的组织与摩擦性能杨桂生【摘要】304 austenitic stainless steel is widely used in industrial production because of its good corro-sion resistance,but limited by the organization,the hardness is lower.In this paper,a high speed elec-tric arc spraying equipment was used to prepare the Ni-Al coating and wear resistant coating on 304 stain-less steel.The microstructure,hardness and wear resistance of the coating was studied.The results show that the wear resistance of the 304 stainless steel can be improved by spraying a Ni-Al alloy and ceramic material.The prepared Ni-Al alloy coating has excellent microstructure and compact structure.The micro hardness of the coating is 601 HV,and the wear resistance is 3 times to that of 304 stainless steel.The ceramic coating has good shape,uniform structure and compact structure.The coating friction coefficient is only 53% of Ni-Al coating.The microstructure’s hardness of the coating is 999 HV,and the wear re-sistance is about 6 times than that of 304 stainless steel.The coating has excellent wear resistance.%304奥氏体型不锈钢因其良好的耐蚀性广泛用于工业生产，但是受组织所限，硬度较低。

镍铬合金表面钼粉等离子喷涂涂层耐磨性能的研究

镍铬合金表面钼粉等离子喷涂涂层耐磨性能的研究刘江伟;马超;侯晓薇【摘要】目的应用新型的合金表面处理方法--等离子喷涂技术,进行镍铬合金表面钼粉喷涂,检测涂层耐磨性能,探索镍铬合金性能改良的方法与手段.方法将18个镍铬合金铸件随机分为等离子喷涂实验组及不做任何处理的对照组,每组9个铸件.通过磨损实验检验涂层的耐磨性能,并对磨损后的实验组铸件进行扫描电镜观察.结果实验组失质量为(0.101±0.028)g,对照组为(0.212±0.045)g,差异有统计学意义(P＜0.01).结论镍铬合金表面等离子喷涂钼粉处理后,涂层的耐磨性能大于未经处理的镍铬合金.【期刊名称】《河北医科大学学报》【年(卷),期】2013(034)001【总页数】3页(P77-79)【关键词】牙修复体;铬合金;钼【作者】刘江伟;马超;侯晓薇【作者单位】河北医科大学第三医院口腔科,河北,石家庄,050051;河北医科大学第三医院口腔科,河北,石家庄,050051;河北医科大学第三医院口腔科,河北,石家庄,050051【正文语种】中文【中图分类】R783.1镍铬合金是早期应用于口腔的非贵金属材料，具有良好的金属机械性能，低廉的价格，良好的金瓷结合强度，在口腔修复领域应用十分广泛，至今已有几十年的历史。

但是镍铬合金作为牙科修复材料在口腔中性能的不稳定性正在受到越来越多的质疑。

镍铬合金在口腔环境中金属离子析出［1］引起的变态反应、牙龈充血水肿、牙龈染色等使得镍铬合金的使用受到很大限制，甚至弃用。

因为贵金属合金高昂的价格使得镍铬合金目前在我国经济不发达地区的使用仍然有很大的市场，我们试图寻找一种新的简易处理方法和材料来改善镍铬合金的表面性能，使其能成为安全可用的牙科修复材料。

有研究［2］表明镍铬合金中钼的含量对镍离子的释放有很大的影响，增加钼元素的含量将减少合金中镍离子的释放量。

本实验采用等离子喷涂技术，在镍铬合金表面形成一新的涂层——钼粉涂层，测试金属表面耐磨性，旨在为镍铬合金表面性能改良及应用提供实验依据。