鋼基Fe-Al-,2-O-,3-陶瓷梯度涂層的微觀組織與性能研究.pdf

1、金屬基陶瓷涂層系指加涂在金屬表面上的陶瓷保護(hù)層或表面膜的總稱。然而陶瓷材料質(zhì)脆的固有弱點(diǎn)以及與金屬材料熱物理性能的較大差異，導(dǎo)致陶瓷涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度低，影響了材料的使用性能。功能梯度材料(FGM)具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和良好的熱應(yīng)力緩和特性，是近二十年發(fā)展起來的一類新型材料。借鑒功能梯度材料的制備方法和原理，通過微觀控制微觀結(jié)構(gòu)與組成來實(shí)現(xiàn)涂層的梯度化有望提高陶瓷涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。 本文選用價(jià)格低廉且性能優(yōu)良的AL2O3陶瓷為涂

2、層材料；具有優(yōu)良綜合性能的鋼為基材。由于AL2O3與Q235鋼之間的物理性能差別較大、且潤濕性差，未能得到均勻連續(xù)的金屬陶瓷涂層，涂層結(jié)合力很低，僅粘附在Q235鋼基材的表面，在制備金相時(shí)全部脫落。為緩解AL2O3與Q235鋼之間較大的物理性能差異、以保證涂層質(zhì)量，本實(shí)驗(yàn)分別采用FeAl和FeAlNi為過渡粘結(jié)底層，取得了良好的效果，得到了均勻連續(xù)的鋼基Fe/Al2O3陶瓷涂層。 本文采用噴涂法和溶膠凝膠法相結(jié)合的制備工藝在鋼基

3、體上制備了不同成分組成的Fe/A12O3陶瓷涂層。研究了燒結(jié)溫度對(duì)Fe/A12O3梯度涂層鋼基復(fù)合材料性能的影響，發(fā)現(xiàn)兩種粘結(jié)底層的Fe/A12O3梯度涂層復(fù)合材料燒結(jié)溫度為1220℃時(shí)結(jié)合效果最好。對(duì)復(fù)合材料的性能進(jìn)行比較研究，發(fā)現(xiàn)鋼基Fe/Al2O3梯度涂層復(fù)合材料表面光潔，涂層與鋼基體結(jié)合效果較好，F(xiàn)e/Al2O3梯度涂層中各物相晶粒發(fā)育良好。 利用XRD、SEM、金相顯微鏡等檢測(cè)手段對(duì)Fe/AL2O3涂層鋼基復(fù)合材料表面

4、、斷面組成結(jié)構(gòu)以及微區(qū)形貌進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明:復(fù)合材料的組織成分呈梯度變化，且表現(xiàn)出宏觀上不均勻性與微觀準(zhǔn)連續(xù)性的特征，消除了涂層材料層與層之間的宏觀界面。對(duì)涂層表面進(jìn)行物相分析可知，不同的粘結(jié)底層涂層表面分別含有(α-A12O3、AlFeO3、AL3FesO12、A12Fe2O6和α-A12O3、AlFeO3、NiFe2O4等晶相，這些晶相的存在有利于涂層與基體的界面結(jié)合，對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和性能都非常有利。 采用粘結(jié)拉伸法測(cè)定

5、Fe/A12O3梯度涂層與鋼基體界面間的結(jié)合強(qiáng)度，研究發(fā)現(xiàn)1220℃時(shí)兩種粘結(jié)底層的陶瓷涂層與鋼基體的結(jié)合強(qiáng)度均大于其它燒結(jié)溫度的結(jié)合強(qiáng)度，其中以FeAL為粘結(jié)底層的復(fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度為21.2 MPa，以FeAlNi為粘結(jié)底層的復(fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度為25.3 MPa。用顯微硬度計(jì)對(duì)鋼基體表面和經(jīng)1220℃燒結(jié)的Fe/A12O3梯度涂層表面的顯微硬度進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)兩種粘結(jié)底層的復(fù)合材料顯微硬度顯著高于鋼基體的表面硬度。其中以FeAl為粘結(jié)