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外送陶瓷粉电弧喷涂复合涂层的研究

作　者: 石磊
导　师: 何继宁
学　校: 河北工业大学
专　业: 材料学
关键词: 电弧喷涂外送粉工艺复合涂层显微硬度磨粒磨损
分类号: TG174.453
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

电弧喷涂是快速发展的材料加工技术,在防磨损、防腐和磨损部件的修复等行业中应用广泛。电弧喷涂材料主要包括实心丝材和粉芯丝材。实心丝材易于操作且效率也高,但成分不容易调节,难以获得高性能复合涂层。粉芯丝材可以根据实际需要调节粉末成分以得到各种特殊性能的涂层,但是其具有成本较高、拉拔困难、成分较难调节等缺点。本实验提出外送粉电弧喷涂的概念,即在电弧喷涂实心丝材的基础上辅以外送陶瓷粉末,进而制备金属基陶瓷复合涂层。本文研究了两种外送陶瓷粉方式和电弧喷涂工艺,并利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDAX）、X射线衍射仪（XRD）等测试方法研究了电弧喷涂涂层的显微组织结构和涂层的性能,其研究成果如下:当采用陶瓷粉靠近基体的方式外送SiO₂和TiO₂粉时,涂层中含有部分陶瓷颗粒,而外送Al₂O₃粉时,几乎没有陶瓷颗粒进入涂层。当采用陶瓷粉靠近起弧区的方式外送SiC粉和SiC铁铝球磨粉时,一部分SiC粉以原始颗粒形态镶嵌在涂层中,另一部分SiC颗粒在高温下发生了分解,生成了石墨和SiO₂并沉积到涂层中,对涂层的硬度和耐磨性有一定的提高。在无外送粉电弧喷涂时,工艺参数对复合涂层显微硬度的影响由主到次依次为:喷涂电流、雾化空气压力、喷涂电压,其最优工艺参数组合为喷涂电压为30V,喷涂电流为220A,雾化空气压力为0.7MPa。采用第一种送粉方案外送SiO₂粉时,涂层在干摩擦条件下的主要机制是粘着磨损,并伴随着一定量的磨粒磨损。采用第二种送粉方案外送SiC粉和SiC铁铝球磨粉时,涂层在干摩擦条件下主要为磨粒磨损,并伴随着发生一定的粘着磨损。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-16
  1.1 引言  8-9
  1.2 电弧喷涂  9-13
    1.2.1 电弧喷涂的设备和特点  9-11
    1.2.2 电弧喷涂的过程和涂层的形成  11-12
    1.2.3 电弧喷涂的工艺参数  12-13
  1.3 电弧喷涂材料的研究和发展现状  13-14
  1.4 选题依据和意义  14-16
第二章电弧喷涂设备，材料和试验方法  16-21
  2.1 电弧喷涂设备和材料  16-17
    2.1.1 实验设备  16
    2.1.2 喷涂工艺参数  16-17
    2.1.3 电弧喷涂材料  17
  2.2 外送粉陶瓷颗粒的尺寸  17
  2.3 电弧喷涂表征仪器及实验方法  17-21
    2.3.1 电弧喷涂涂层检测仪器  17-18
    2.3.2 涂层结合强度实验  18-19
    2.3.3 涂层磨损性能实验  19-21
第三章电弧喷涂外送陶瓷粉工艺的研究  21-38
  3.1 送粉装置的设计  21-22
  3.2 第一种送粉方式  22-27
  3.3 外送陶瓷粉末的选择  27-30
    3.3.1 陶瓷粉末种类的选择  27-29
    3.3.2 陶瓷粉末粒度的选择  29-30
  3.4 第二种送粉方式  30-36
  3.5 正交实验设计  36-37
  3.6 小结  37-38
第四章电弧喷涂涂层的组织和性能  38-50
  4.1 正交实验结果  38-40
    4.1.1 以显微硬度为基准的优化  38-39
    4.1.2 外送陶瓷粉对涂层显微硬度的影响  39-40
  4.2 涂层的显微组织  40-43
    4.2.1 喷涂电流对涂层组织的影响  40-41
    4.2.2 雾化空气压力对涂层组织的影响  41-42
    4.2.3 喷涂电压对涂层组织的影响  42-43
  4.3 外送粉电弧喷涂涂层的磨损性能  43-50
    4.3.1 喷涂工艺参数对涂层耐磨性的影响  44-46
    4.3.2 外送陶瓷粉对涂层耐磨性的影响  46-47
    4.3.3 外送陶瓷粉涂层的磨损形貌  47-50
第五章结论  50-51
参考文献  51-54
致谢  54

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