4Cr13鋼基表面SiC-Ta復合涂層的制備及性能研究.pdf

1、馬氏體不銹鋼因其具有優(yōu)良的力學性能、較好的耐磨性以及抗腐蝕性能，被廣泛應用于工業(yè)領域，如齒輪和軸承等結構件、汽車組件、熱作模具、水輪機葉片、石油和天然氣閥門以及切削工具醫(yī)療器械等。然而在石油、化工電氣、船舶、海洋工程等摩擦腐蝕環(huán)境下使用時，馬氏體不銹鋼的表面性能仍會受到嚴峻挑戰(zhàn)。本課題采用雙輝等離子表面冶金技術（雙輝技術）在4Cr13馬氏體不銹鋼表面先制備Ta過渡層，再通入H2和TMS（Si(CH3)4）作為反應氣體合成SiC層，最終在

2、4Cr13馬氏體不銹鋼表面制備出SiC/Ta復合涂層。本文分析了TMS濃度和SiC合成溫度對SiC/Ta復合涂層組織、成分及結構的影響，研究了S iC/Ta復合涂層的硬度、結合性能、耐磨性能和耐蝕性能，并研究了不同TMS濃度和不同SiC合成溫度制備的S iC/Ta復合涂層的磨損機理及腐蝕機理。研究結果表明：
　?。?）通過雙輝等離子滲Ta和合成SiC復合處理，在4Cr13馬氏體不銹鋼表面制備SiC/Ta復合涂層，涂層厚4.5-6μ

3、m，SiC層、Ta過渡層以及4Cr13基體間以擴散連接。隨著TMS濃度增加，SiC層與Ta過渡層間逐漸出現(xiàn)縫隙、孔洞等缺陷；隨著SiC合成溫度的升高，SiC層由致密逐漸變疏松。
　　（2）隨著TMS濃度增加，SiC層SiC含量增加，TaC和Ta2C的總含量相對減少；隨著SiC合成溫度的升高，SiC層TaC和Ta2C的總含量增加， SiC相對含量減少。
　?。?）SiC/Ta復合涂層與基體結合良好，且表面硬度達1738 HV0

4、.2，明顯高于4Cr13基體硬度（279 HV0.2），涂層中形成的碳化物高硬相SiC、TaC及Ta2C和Ta過渡層的有效支撐是使4Cr13鋼表面硬度大幅提高的主要原因。
　?。?）4Cr13不銹鋼經(jīng)制備SiC/Ta復合涂層后的摩擦系數(shù)均低于未處理的不銹鋼基體，同時，比磨損率相比4Cr13基體均有不同程度的下降。尤其是H2/TMS流量比例為10 sccm/1.0 sccm、SiC合成溫度為800℃制備的SiC/Ta復合涂層后4Cr

5、13鋼的比磨損率僅為未處理基體的4％，表現(xiàn)出良好的減摩和耐磨性能，S iC/Ta復合涂層的成分及其硬度是耐磨性顯著提高的主要原因。
　?。?）極化曲線與阻抗結果表明，與4Cr13基體相比，不同工藝制備的SiC/Ta復合涂層在3.5 wt.％NaCl介質(zhì)中的自腐蝕電位都有所提高，自腐蝕電流密度降低，并且其阻抗值都明顯大于4Cr13基體，說明在4Cr13鋼表面制備SiC/Ta復合涂層可以改善4Cr13基體的耐腐蝕性能。并且，隨著TMS