等離子弧原位合成TiB-,2-涂層的組織和高溫性能研究.pdf

1、本課題采用等離子弧堆焊設備，通過工業(yè)鈦粉和碳化硼粉末之間的高溫冶金反應，在普通碳鋼表面制備了含TiB2的金屬陶瓷層。用這種方法可以制備出大厚度的、與母材能達到冶金結合且TiB2呈梯度分布的涂層。本課題在大量的試驗基礎上，分析了各工藝參數(shù)對涂層稀釋率的影響，通過一組正交試驗獲得了可以在保證結合良好的情況下獲得較小稀釋率涂層的工藝參數(shù)，然后結合涂層中的缺陷情況對工藝進行改進，獲得了比較合理的熔覆工藝。
　　 本文總結了試驗過程中所獲

2、得的TiB2組織的形態(tài)和分布特點。涂層中較常見的TiB2形態(tài)為扁長的葉狀，點塊狀，細長的條狀和針狀四種，并對TiB2呈現(xiàn)不同形態(tài)的原因進行了分析。大量試驗發(fā)現(xiàn)，在涂層中TiB2有呈現(xiàn)梯度分布的狀況，并且在熱輸入較小時有呈團狀分布的趨勢。本文從熱力學角度闡釋了熔池中的冶金反應過程，從而解釋了形成這種分布特點的原因。在熔池達到B4C熔點(2743K)之前，熔點較低的Fe和Ti元素先形成熔池，密度較低的B4C向上漂浮，在漂浮的過程中B4C就開

3、始與周邊的Ti和Fe發(fā)生反應產生TiB2或Fe2B，B4C與Ti反應的趨勢大大超過與Fe的反應。生成的TiB2落入熔池，由于它的密度也很低，也會在熔池中向上漂浮。B4C有自身結合成團的特性，當熔池達到B4C熔點溫度后B4C會保持半熔化狀態(tài)一定時間，大量的Ti涌入團狀的B4C中形成致密的TiB2組織，當熱輸入足夠大且熔池時間足夠長的情況下團狀組織可被反應產生的對流或者熔池的流動沖散。但是熔池一般的溫度在3000-3500K，且存在的時間非

4、常短，使得這種團狀組織很容易被冷卻保留下來。
　　 為了進一步提高涂層的高溫性能，本課題向涂層中加入了Cr和Ni元素，結果發(fā)現(xiàn)Cr的加入使TiB2團狀分布的趨勢加大，本文從熱力學角度解釋了這種現(xiàn)象。最后對涂層的高溫性能進行了試驗研究，表明涂層具有很好的耐高溫磨損和抗熱震性能。TiB2具有很好的抗氧化性能，但是涂層基體的抗氧化能力較弱，Cr和Ni大量固溶在基體中，因此Cr和Ni可以提高涂層的抗高溫氧化能力，從而提高涂層的綜合高溫性