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HVAF与HVOF铁基非晶涂层的结构与性能研究

作　者: 郭瑞强
导　师: 柳林
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料学
关键词: HVAF HVOF 铁基非晶涂层 极化曲线 交流阻抗 摩擦磨损性能 结合强度 抗热震性能
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文通过实验优化设计确定了HVAF和HVOF制备铁基非晶涂层的最佳工艺。利用X射线衍射分析仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、氧含量测试仪、热机械分析仪(TMA)、显微硬度计、力学试验机、电化学工作站、摩擦磨损试验机等实验手段对比研究了HVAF和HVOF铁基非晶涂层的结构、电化学腐蚀性能、摩擦磨损性能、结合强度以及抗热震性能。所制备的HVAF和HVOF铁基非晶涂层都非常致密,孔隙率和厚度相同,与基体结合紧密。XRD表明HVAF和HVOF铁基非晶涂层都是部分非晶结构,但其晶化峰明显弱于粉末。虽然HVAF和HVOF铁基非晶涂层宏观上表现出相同的孔隙率,但其微观成分和结构明显不同:HVAF涂层的氧含量明显低于HVOF涂层的氧含量;HVOF涂层中颗粒边缘存在很多黑色的轮廓线,而HVAF涂层中这种黑色轮廓线则很少,EDS结果表明黑色轮廓线的主要成分是铁的氧化物。此外,HVAF涂层的硬度明显高于HVOF涂层。极化曲线和交流阻抗测试表明,在模拟海水中,HVAF涂层的耐腐蚀性优于HVOF涂层,主要原因在于HVAF涂层的氧含量低于HVOF涂层,这些氧化物(主要是铁的氧化物)主要位于颗粒边缘,一方面会阻碍钝化膜的形成;另一方面,容易成为微电偶和微缝隙腐蚀的腐蚀点,进而形成扩散通道导致Cl-的渗入和内部腐蚀。极化曲线测试表明,HVAF铁基非晶涂层在模拟地下水中具有优异的耐腐蚀性能,可以作为核废料储存罐的保护涂层。干滑动摩擦磨损试验表明,HVAF涂层的摩擦系数明显高于HVOF涂层,原因在于前者硬度明显高于后者,抵抗裂纹扩展的能力较低,容易发生剥落而产生疲劳磨损,而后者氧含量比前者高,从而降低了其摩擦系数。但两者的磨损量相当,远低于基体,可以起到良好的保护作用。因此,HVAF涂层和HVOF涂层可以分别用作防滑涂层和减摩涂层。随着载荷增加,HVOF涂层的摩擦系数和磨损量略有增大,但总体上都比较低。此外,HVOF涂层对金属和陶瓷都具有良好的减摩性能。拉伸试验表明,HVAF铁基非晶涂层与基体的结合强度很高,断口形貌表明涂层与基体之间是机械结合。热震试验表明,HVAF涂层在海水和空气中均具有的良好的抗热震性能,原因在于涂层与基体的热膨胀系数比较匹配。HVAF铁基非晶涂层作为一种性能优异、成本低廉的新型保护涂层,在诸多领域尤其是海洋防腐、地下核储存等方面具有广阔的应用前景。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-26
  1.1 非晶合金  11-18
  1.2 热喷涂技术  18-21
  1.3 超音速火焰喷涂技术  21-23
  1.4 超音速火焰喷涂制备铁基非晶涂层的研究现状  23-25
  1.5 本工作的研究目的、主要内容及其意义  25-26
2 HVAF 与HVOF 喷涂工艺的选择与优化  26-36
  2.1 引言  26
  2.2 实验内容和方法  26-28
  2.3 HVAF 的工艺参数设计  28-31
  2.4 HVOF 的工艺参数设计  31-33
  2.5 最佳工艺选择  33-34
  2.6 本章小结  34-36
3 铁基非晶涂层的结构表征  36-40
  3.1 引言  36
  3.2 实验方法  36-37
  3.3 实验结果及其分析  37-39
  3.4 本章小结  39-40
4 铁基非晶涂层的电化学腐蚀性能  40-53
  4.1 引言  40-41
  4.2 实验方法  41-44
  4.3 实验结果及其分析  44-51
  4.4 本章小结  51-53
5 铁基非晶涂层的摩擦磨损性能  53-61
  5.1 引言  53
  5.2 实验过程  53-55
  5.3 实验结果及分析  55-60
  5.4 本章小结  60-61
6 铁基非晶涂层的结合强度及抗热震性能  61-69
  6.1 引言  61-62
  6.2 实验过程  62-65
  6.3 实验结果及分析  65-68
  6.4 本章小结  68-69
7 全文总结  69-71
  7.1 主要实验结果  69-70
  7.2 本论文工作的创新之处  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-80
附录1 攻读学位期间发表的论文目录  80-81
附录2 攻读学位期间所申请专利  81

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 腐蚀的控制与防护 > 金属表面防护技术
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