ZrB2-Fe復合涂層原位合成的研究.pdf

1、ZrB2陶瓷因具有高熔點、高硬度、高化學穩(wěn)定性、良好的導電導熱性以及優(yōu)異的抗氧化和抗熱震性能，被廣泛應用于復合材料、耐火材料、電極材料和涂層材料等諸多領域。Fe基金屬因成本低廉、應用范圍廣、性能提高明顯等優(yōu)點被選作金屬陶瓷復合涂層的常用基體材料。但鑒于ZrB2陶瓷與Fe基金屬之間較大的熱物理性能差異，熔覆熱源的選擇將對ZrB2/Fe復合涂層的表面成型和組織分布等產生重大影響。
　　 本文嘗試采用氬弧、等離子轉移弧和激光三種熱源進

2、行ZrB2/Fe復合涂層的原位合成制備。經等離子弧熔覆所得涂層表面平整、無氣孔和顆粒狀飛濺物出現，涂層內部ZrB2含量高、尺寸細小；但該工藝下所得陶瓷涂層與Fe基體潤濕不良，涂層內部ZrB2分布不均勻。通過調整預涂層成分和熔覆工藝參數，等離子弧熔覆所得涂層的表面成型和組織分布可得到明顯改善。綜合考慮制備成本、生產效率以及熔覆層的成型和質量等因素后，發(fā)現等離子弧熔覆工藝更適用于ZrB2/Fe復合涂層的原位合成制備。
　　 在等離子

3、弧熔覆工藝下，涂層內ZrB2相往往具有多種形態(tài)。根據ZrB2相長寬比的不同，可以將其大致分為針狀、棒狀和塊狀三類。其中針狀ZrB2相極易在熔覆層的上表層、底部和邊緣出現，而塊狀ZrB2相傾向于在熔覆層的中部和下部出現。這主要與冷卻條件、ZrB2的形核方式、ZrB2的形成時機以及ZrB2的濃度等因素有關。采用Zr和B4C粉末為原料所得涂層內ZrB2相往往具有橫向和縱向的梯度分布規(guī)律。從熔覆層的表層到底部，ZrB2的含量逐漸減少、硬度也逐漸

4、降低，形態(tài)由粗大的針狀向細小的塊狀過渡。從熔覆層的邊緣到中心，ZrB2的含量先減小后增大、硬度也是先降低后升高，形態(tài)也會呈現針狀到塊狀的過渡。不過，熔覆層中ZrB2相的縱向梯度分布要比其橫向分布明顯得多。
　　 對Fe-Zr-B4C反應體系而言，Zr與B4C直接反應的可能性最大，反應產物ZrB2的穩(wěn)定性最高。但實際熔池中ZrB2的生成方式可以有多種，形成方式的不同往往直接影響涂層中ZrB2相的形貌特征。在等離子弧熔覆的中期，液態(tài)