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復(fù)合粉末的性能研究與使用

文章出處:責(zé)任編輯:發(fā)表時間:2020-08-22【

  采用高能球磨制備NiCrCr2O3BaF2/CaF2復(fù)合粉體,并采用爆炸噴涂工藝對粉體進(jìn)行噴涂試驗(yàn)。研究了球磨時間對粉體的影響,以及噴涂后涂層的顯微組織結(jié)構(gòu)和常規(guī)性能特征,從而為爆炸噴涂制備高溫納米自潤滑復(fù)合涂層提供理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

  1試驗(yàn)11粉體制備試驗(yàn)材料NiCr和Cr2O3為市售粉體,BaF2/CaF2為自制共晶,其物性特征如所示。按設(shè)定的配比將BaF2/CaF2和Cr2O3裝入高能球磨機(jī)中高能磨3h,加入NiCr合金粉體后繼續(xù)球磨4、6、11h.研磨介質(zhì)為軸承鋼球,球體尺寸為8,球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1400r/min,球料比為101.作為對比,利用高能球磨機(jī)對設(shè)定配比三組元進(jìn)行無球干混1h,制備混合粉末。

  12涂層制備爆炸噴涂設(shè)備選用俄羅斯Ob型水平爆炸噴槍。噴涂用氣體為乙炔和氧氣,保護(hù)氣體為氮?dú)?,噴涂工藝參?shù)見。涂層基體材料為1Cr18Ni9Ti不銹鋼,金相試樣規(guī)格為:20mm10mm1mm,測試涂層結(jié)合強(qiáng)度試樣規(guī)格為18mm60mm.

  13表征用FEIQUANTA600型掃描電鏡(SEM)觀察、分析噴涂粉體的形貌和粒度以及爆炸噴涂層截面的微觀組織,利用其附帶的能譜儀(EDX)確定涂層的元素組成。采用BrukerD8型X射線衍射儀對球磨后粉體進(jìn)行物相分析。使用StruersDuramin型顯微硬度計測試涂層截面的顯微硬度,所加載荷為980mN,加載15s,測5個點(diǎn),取其平均值。采用特定統(tǒng)計分析軟件測試涂層的孔隙率。根據(jù)航標(biāo)HB514396在Instron5882型拉伸試驗(yàn)機(jī)上測試涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度。

  2結(jié)果與分析21粉體形貌與粒度分析為不同球磨時間后粉末的SEM形貌圖。

  共晶從混合粉微觀形貌和其EDS分析結(jié)果可以看出,混合粉體具有較寬的粒度范圍(5100m),且各組元基本均勻分布:球形顆粒(A)為NiCr合金,形狀不規(guī)則粉體顆粒(B)為Cr2O3,NiCr和Cr2O3顆粒表面均勻粘附的細(xì)小針狀、棒狀顆粒(C)為BaF2/CaF2共晶(箭頭標(biāo)示)。

復(fù)合粉末的性能研究與使用

  從球磨后粉體的形貌圖可以看出,球磨初期,粉體中有未破碎的大顆粒的存在;隨球磨時間的延長,顆粒尺寸逐步減小,粒度均勻性逐步提高,顆粒形狀逐漸趨于球形。粉體球磨11h后,顆粒尺度均勻性及球形度最好;有微納米尺度的細(xì)小顆粒在大顆粒表面的粘附及鑲嵌。

  顯示了球磨6h和11h后粉體的表觀粒徑累積分布??梢钥吹剑垠w經(jīng)高能球磨,顆粒尺寸進(jìn)一步細(xì)化,粒度分布趨于集中。球磨6h后的粉體表觀粒度<8m,球磨11h后的粉末表觀粒度<5m;后者粒度分布較前者更集中,比表面積更大。

  球磨后粉體表觀粒徑分布22粉體X射線衍射分析是球磨不同時間后粉體的X射線衍射特征曲線??梢钥闯?;隨著球磨時間的延長,各峰的強(qiáng)度逐漸降低,且發(fā)生了不同程度的寬化?;旌戏壑蠦aF2和CaF2顯示明顯的衍射峰,隨球磨時間的延長,其衍射峰強(qiáng)度逐漸降低,球磨11h的粉體中CaF2的衍射峰完全消失,而衍射圖譜中并未顯示新相的衍射峰,故BaF2/CaF2共晶完全固溶于韌性NiCr合金中,而Cr2O3均勻鑲嵌在NiCr合金中,與資料

  中顯示的結(jié)果一致。

  X射線衍射圖譜在高能球磨過程中,粉體不斷的受到罐體及球的高能碰撞及擠壓,脆性組元BaF2/CaF2和Cr2O3首先破碎,延性組元首先發(fā)生變形,細(xì)小的脆性顆粒處于延性顆粒之間。同時延性的金屬發(fā)生加工硬化,且在隨后的球磨過程中發(fā)生斷裂。無論是脆性粒子還是延性粒子,顆粒尺寸都不斷減小,最后形成組織均勻的彌散質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合組織。

  粉體形貌、粒度分布及X射線衍射分析的結(jié)果表明,粉末經(jīng)11h球磨后性能最優(yōu)。鑒于爆炸噴涂對噴料粒度的要求,在本文中,用有機(jī)粘結(jié)劑(噴涂過程中完全揮發(fā))對其進(jìn)行造粒處理,選取粒度范圍>11042m(160325目),作為爆炸噴涂粉體(下文簡稱球磨粉),用于爆炸噴涂層性能研究。

  23涂層組織是混合粉及球磨粉經(jīng)爆炸噴涂制備的涂層的截面微觀結(jié)構(gòu)及其EDS分析圖譜。從(a)和(b)可以觀察到,涂層呈爆炸噴涂典型的水紋條帶狀結(jié)構(gòu),組織均勻,層與層之間結(jié)合緊密,沒有裂紋,圖(c)中的EDS分析結(jié)果顯示灰白處(A區(qū))主要是NiCr;黑色物質(zhì)處(B區(qū))主要是Cr2O3、BaF2/CaF2共晶及部分孔洞;灰黑處(C區(qū))包含有NiCr、Cr2O3和BaF2/CaF2。其中混合粉噴涂層條帶較寬,而球磨粉噴涂層條帶寬度減小,組織細(xì)化明顯,且涂層均勻性、致密性優(yōu)于混合粉噴涂層。分析其原因主要是球磨粉顆粒細(xì)小,成分、結(jié)構(gòu)、粒度均勻,噴涂時熔化充分,變形良好并充分平鋪基體表面,因此條帶寬度減小,涂層組織均勻致密。

  24涂層性能是混合粉及球磨粉爆炸噴涂層經(jīng)拉伸斷裂后表面的SEM形貌。由圖可見,混合粉噴涂層呈整體剝落,斷面組織粗大;球磨粉噴涂層,斷面呈層狀斷裂,組織均勻細(xì)小,且有拉伸導(dǎo)致的宏觀裂紋存在(圖中箭頭所示)。

  列出了涂層的性能指標(biāo)。由表可見,混合粉及球磨粉噴涂層都具有較低的孔隙率,且球磨粉噴涂層相對于混合粉噴涂層,結(jié)合強(qiáng)度提高了274,顯微硬度提高720.

  涂層的性能取決于其物相組成和組織形貌,而兩者很大程度上取決于粉體性能及噴涂工藝。

  混合粉顆粒尺度范圍寬,尺寸均勻性差,在噴涂過程中,熔融不充分,與基體形成簡單的機(jī)械結(jié)合;球磨粉具有均勻的組織結(jié)構(gòu)及微納米尺度的細(xì)小顆粒,經(jīng)爆炸噴涂,熔化完全,高速撞擊并平鋪到基體表面,與基體形成牢固的冶金結(jié)合,冷卻后形成細(xì)小的晶粒及均勻致密的組織,故球磨粉體的爆炸噴涂層孔隙率低,結(jié)合強(qiáng)度和顯微硬度較高。

  3結(jié)論(1)采用高能磨工藝,制備出了結(jié)構(gòu)、成分、粒度均勻的爆炸噴涂用NiCrCr2O3BaF2/CaF2復(fù)合粉體。在進(jìn)行球磨11h后,粉體中BaF2和CaF2完全進(jìn)入NiCr合金基體中形成固溶體,該狀態(tài)下的粉體性能最優(yōu),該球磨粉適宜做作爆炸噴涂噴料。

 ?。?)該爆炸噴涂工藝制備出高致密度涂層:混合粉及球磨粉噴涂層孔隙率低于1.

 ?。?)以球磨粉為噴料,采用爆炸噴涂工藝制備出了組織均勻致密的NiCrCr2O3BaF2/CaF2復(fù)合涂層,結(jié)合強(qiáng)度為673MPa,顯微硬度Hv為5781,與同等厚度的混合粉噴涂層相比,結(jié)合強(qiáng)度提高了274,顯微硬度提高了720,綜合性能更優(yōu)異。


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