《高速电弧喷涂Fe-AlCr,3C,2复合涂层高温性能研究及应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高速电弧喷涂Fe-AlCr,3C,2复合涂层高温性能研究及应用（146页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、上海交通大学博士学位论文 摘要中文摘要采用高速电弧喷涂技术HVAS在结构材料上喷涂 Fe-Al/Cr3C2金 属间化合物复合涂层既能解决 Fe-Al 合金难以加工成形的难题又能充 分发挥其优异的高温耐蚀耐磨性能应用前景广阔本文采用 Fe 包 AlCr3C2粉芯丝材 结合 HVAS 技术制备 Fe-Al/Cr3C2金属间化合物复合涂层 实现了金属间化合物复合涂层制备与成形一体化对复合涂层的结合强度和硬度进行了测试用涂盐热腐蚀的方法对涂层的耐高温腐蚀性能进 行了研究并对涂层的高温冲蚀和磨损性能进行了探究运用透射电子显微镜TEM结合扫描电子显微镜SEMX 射线衍射仪XRD 能谱仪EDAX等现代分析手
2、段研究了高速电弧喷涂 Fe-Al/Cr3C2复合涂层的微观结构探讨了涂层在高温下的冲蚀腐蚀和磨损机理为这 种金属间化合物复合涂层的工业应用奠定了理论基础本研究获得的主要成果如下 首次研制出了工艺性良好的 Fe 包 AlCr3C2粉芯丝材使用高速电弧喷涂技术利用喷涂的快速冶金过程机理成功制备出了具有良好性能 的 Fe-Al/Cr3C2复合涂层涂层中的化合物相主要为 Fe3Al 相FeAl 相-Fe 相以及 Cr3C2对涂层的 TEM 分析表明部分相之间存在着平行的 晶体学取向关系对高速电弧喷涂 Fe-Al/Cr3C2复合涂层的微观结构的分 析发现高速电弧喷涂 Fe-Al/Cr3C2涂层是典型的层
3、状结构并存在孔隙未熔化的颗粒层与层之间的界面裂纹涂层的扁平颗粒间结合较好 层与层之间分布着薄的氧化物层Cr3C2增强相在涂层中分布较均匀涂层中的基体相主要表现为各向异性涂层中存在着大量的位错位错的 存在提高了涂层的强度对高速电弧喷涂 Fe-Al/Cr3C2复合涂层的结合强度和硬度的分析发 现涂层具有较高的结合强度和硬度涂层的结合强度是高速电弧喷涂Fe-Al/WC 复合涂层的 2 倍左右主要原因是喷涂过程中发生了燃烧反应 涂层的硬度明显高于 20#锅炉钢和高速电弧喷涂 Fe-Al 涂层原因是铁铝金属间化合物具有高的硬度Cr3C2增强相起到了强化的作用 首次对高速电弧喷涂 Fe-Al/Cr3C2复
4、合涂层的高温性能进行了深入和综合的研究明确了高速电弧喷涂 Fe-Al/Cr3C2复合涂层的高温性能与氧 化的关系机理试验发现涂层在高温下具有良好的高温耐腐蚀冲蚀和磨损性能由于 Cr 元素的作用以及铁的氧化物本身的不致密性导致 在高温冲蚀和腐蚀过程中会形成连续的 Al 的氧化膜最终在冲蚀的涂层 表面生成了连续致密的铝的氧化物而腐蚀过程中是外层先生成铁的氧上海交通大学博士学位论文 摘要?化物内层在 Cr 的作用下形成铝的氧化物,其抗腐蚀机理为内氧化机理发现添加了 Cr3C2增强相的铁铝涂层在 450650800下的涂 盐抗热腐蚀性能明显优于基体和其他铁铝涂层在 800下添加了 Cr3C2增强相的铁
5、铝涂层的抗热腐蚀性能比其它铁铝涂层提高 2 倍以上高速 电弧喷涂 Fe-Al/Cr3C2复合涂层在腐蚀过程中生成了两层氧化物外层主要是疏松结构的铁的氧化物内层主要是致密结构的铝的氧化物由 于 Fe 元素作为阴极不断进行化学反应因此开始阶段生成的比较致密的铁的氧化层逐渐疏松而 Al 则在内部与富积的 S 元素反应并在内部生 成致密的氧化物层Cr 会在不同的氧压下生成氧化物保护涂层并促进 Al 的氧化物的生长保护涂层不被进一步氧化高速电弧喷涂 Fe- Al/Cr3C2复合涂层不同于其它铁铝涂层在不同的温度下随着腐蚀时间的增长腐蚀率主要呈现抛物线增长 发现高速电弧喷涂 Fe-Al/Cr3C2复合涂层
6、的冲蚀特性在常温下为脆性冲蚀在 450时,转变为高温下的塑性冲蚀冲蚀角度和温度对涂层的 耐冲蚀性能有较大影响并和涂层冲蚀机理密切相关对于脆性冲蚀机 理的高速电弧喷涂 Fe-Al/WC 复合涂层由于冲击损失大于凿削损失因此大角度的冲蚀损失大于小角度的冲蚀损失其它涂层由于存在塑性冲 蚀凿削损失相对比较重要小角度的冲蚀损失大于大角度的冲蚀损失随着冲蚀温度的升高基体与各种铁铝涂层的冲蚀损失都减少其中添 加了 Cr3C2增强相的三种复合涂层出现了冲蚀增重原因是因为高温下涂层表面会快速生成氧化物层保护涂层不被进一步冲蚀,并弥补了冲蚀 损失的重量对高速电弧喷涂 Fe-Al/Cr3C2涂层在 T11 和 TH
7、T07-135 试验机上的实 验表明在常温和高温下随着载荷的增加涂层表面的磨 痕增宽摩擦系数减小磨损率降低在磨痕处的氧化物和烧结增多对高速电弧 喷涂 Fe-Al/Cr3C2涂层在不同温度下的实验表明随着温度的升高涂层的抗磨损性能在常温到 550之间变化不大当温度高于 550以后涂 层的抗磨损性能提高涂层在常温磨损的开始阶段存在跑合期随后趋于稳定在高温下的跑合期则很短 首次对铁铝金属间化合物涂层进行了应用研究由于铁铝粉芯丝材 和高速电弧喷涂技术造价较低而高速电弧喷涂技术具有操作和施工简单的优点使用高速电弧喷涂技术喷涂粉芯丝材制备高速电弧喷涂铁铝 复合涂层有望在工作于高温恶劣环境的军用装备和电站锅
8、炉的防护中获得应用前景广阔关 键 词高速电弧喷涂Fe-Al 金属间化合物复合涂层显微组织高温腐蚀高温冲蚀高温磨损上海交通大学博士学位论文 摘要ABSTRACTUsing high velocity arc spraying (HVAS) technology combing with Fe- Al/Cr3C2 cored wires to obtain iron aluminum intermetallic coatings wouldnot only obviate the problems faced in fabrication of these alloys into useful s
9、hapes, but also allow the effective use of their erosion- and wear- resistantfeatures. It might thus rapidly lead to the industrial applications of Fe-Al intermetallics. In this study, iron aluminum intermetallic coating wereprepared by using Fe wrapped Al and Cr3C2 cored wires together with HVAS te
10、chnology. In this way, we realized the preparation and figuration of ironaluminum intermetallic coatings at the same time. Bond strength and hardness of coatings were investigated. Corrosion resistance of coatings was tested bysalt heat corrosion method. High temperature erosion and wear resistances
11、 of coatings were studied. Microstructure of HVAS-sprayed Fe-Al/Cr3C2composite coating was analyzed by TEM, SEM, XRD, EDAX et al. Corrosion erosion and wear mechanisms of coatings were investigated, thus agood theory for industrial using of the coating was researched. Main results are summarized as
12、follows: Fe wrapped Al and Cr3C2 cored wire that had excellent technical propertywas developed for the first time, HVAS-sprayed Fe-Al/Cr3C2 composite coatings was achieved by using HVAS technology. The main phases of thecomposite coating are Fe3Al, FeAl, -Fe and Cr3C2, some have parallel crystal ori
13、entation relationships. Microstructure of HVAS-sprayed Fe-Al/Cr3C2 coatings analysis showed that coating had typically layer frame. There are poresun-melted grains and interface cracks in coatings. Thecombinations between flat grains are excellent. The thin oxidation existed between grains, and Cr3C
14、2 distributing equality. The basic phases of coatingsare anisotropy. There are dense dislocations at HVAS-sprayed Fe-Al/Cr3C2 coatings, thus enhanced the strength of coating.The bond strength and hardness of HVAS-sprayed Fe-Al/Cr3C2 coatings are relatively high. The bond strength of Fe-Al/Cr3C2 coat
15、ings is 2-multiplesas Fe-Al/WC coatings because of the flaming reaction during spraying. The hardness of HVAS-sprayed Fe-Al/Cr3C2 coatings is higher than 20# boiler steel and HVAS-sprayed Fe-Al coating. One reason is the high hardness of上海交通大学博士学位论文 摘要?iron aluminum intermetallic; the other is the a
16、ction of reinforcement Cr3C2.High temperature properties of HVAS-sprayed Fe-Al/Cr3C2 coatings were investigated for the first time, the relation between high temperatureproperties and oxidation was confirmed. It found that coatings own excellent high temperature corrosion, erosion and wear properties. As the action of Crand the un-density of iron o
