熱噴涂高鋁青銅復合涂層制備及強化機制的研究.pdf

1、鑄造高鋁青銅合金具有高強度、高硬度以及良好的耐摩擦磨損性能和耐腐蝕性能，生產應用中常用氧乙炔火焰噴涂技術制備高鋁青銅涂層，用來修復或制造表面易磨損零件，比如齒輪、軸類零件以及不銹鋼模具。由于鋁的熔點（660.32℃）很低，高鋁青銅合金粉體的Al元素在熱噴涂過程中燒損嚴重，而 Al元素又是作為鋁青銅合金中重要的強化元素，因此熱噴涂制備的高鋁青銅涂層強化相減少，涂層的性能遠不如鑄造高鋁青銅合金的性能。提高熱噴涂高鋁青銅涂層的性能將使高鋁青銅

2、合金的應用領域更加廣泛。
　　由于Ni60自熔性合金中具有許多硬化相，因此，本文中往高鋁青銅合金粉末中添加適量Ni60自熔性合金粉末，充分混合后得到復合高鋁青銅粉體。再用氧乙炔火焰噴涂技術在45鋼表面噴涂制備復合高鋁青銅涂層，以期通過過剩相強化的方法來增加涂層的強度、硬度和耐摩擦磨損性能。并對涂層進行固溶處理和時效處理，探討不同固溶溫度、時效溫度、時效時間對不同成分的復合高鋁青銅涂層的組織與性能的影響，確定出最佳成分和最佳熱處理工

3、藝參數(shù)。用金相顯微鏡、X射線衍射儀（XRD）、背散射電子（BS E）、能譜儀(EDS）對涂層的組織形貌、物相、成分及其分布進行觀測分析；涂層的硬度及摩擦磨損性能分別用維氏硬度計和摩擦磨損儀測量。實驗主要研究結果如下：
　　（1）Ni60自熔性合金粉體的加入使得復合高鋁青銅涂層新增了許多硬化相，彌補了高鋁青銅涂層硬化相不足的缺點。隨著Ni60自熔性合金粉體的添加，涂層的強度和硬度增大，耐磨損性能提高。其中，Cu-15Al-15Ni（

4、每100g鋁青銅合金粉體中添加15gN i60合金粉體）復合高鋁青銅涂層的綜合性能最佳，涂層的顯微硬度為221.6 HV，摩擦因數(shù)為0.162，磨損體積為0.0157 mm3。涂層的強化機制主要是固溶強化和過剩相強化。
　?。?）不同溫度下對復合高鋁青銅涂層進行固溶處理，涂層中的硬化相（γ2相和K相）在高溫條件下發(fā)生溶解，隨著固溶溫度的升高，硬化相的溶解量增加，同時，涂層的晶粒變粗大。固溶處理后涂層的主要物相為過飽和α相、β，相和

5、α-Ni相以及少量的硬化相(AlN i3、AlFe、Al65Cu20Fe15、Ni2.9Cr0.7Fe0.36、Cr23C6）。Cu-15Al-5Ni、Cu-15Al-10Ni、Cu-15Al-15N i涂層在溫度為900℃固溶處理后的強化效果最佳，這三種涂層的顯微硬度分別為196.2HV、220 HV、228.7 HV，涂層的強化機制主要為固溶強化。
　?。?）涂層進行時效處理后，復合高鋁青銅涂層中的過飽和固溶體β′相（C u3

6、Al）和α相（α-Cu）析出γ2相（Cu9Al4）和 K相，析出的硬化相顆粒細小且在涂層中彌散分布。隨著時效溫度的升高，涂層顯微硬度的變化為先增大，后減小。隨著時效時間的延長，涂層顯微硬度也是先增大后減小。Cu-15Al-15Ni復合高鋁青銅涂層進行500℃時效處理4h后，涂層強化作用最明顯，顯微硬度達到294.4 HV，涂層的強化機制主要是彌散強化。
　　（4）在相同的摩擦條件下，經(jīng)過“900℃固溶處理30min+500℃時效處