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复合粉末的性能研究与使用

文章出处:责任编辑:发表时间:2020-08-22【

  采用高能球磨制备NiCrCr2O3BaF2/CaF2复合粉体,并采用爆炸喷涂工艺对粉体进行喷涂试验。研究了球磨时间对粉体的影响,以及喷涂后涂层的显微组织结构和常规性能特征,从而为爆炸喷涂制备高温纳米自润滑复合涂层提供理论和实践基础。

幸运飞艇官网  1试验11粉体制备试验材料NiCr和Cr2O3为市售粉体,BaF2/CaF2为自制共晶,其物性特征如所示。按设定的配比将BaF2/CaF2和Cr2O3装入高能球磨机中高能磨3h,加入NiCr合金粉体后继续球磨4、6、11h.研磨介质为轴承钢球,球体尺寸为8,球磨机转速为1400r/min,球料比为101.作为对比,利用高能球磨机对设定配比三组元进行无球干混1h,制备混合粉末。

  12涂层制备爆炸喷涂设备选用俄罗斯Ob型水平爆炸喷枪。喷涂用气体为乙炔和氧气,保护气体为氮气,喷涂工艺参数见。涂层基体材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢,金相试样规格为:20mm10mm1mm,测试涂层结合强度试样规格为18mm60mm。

  13表征用FEIQUANTA600型扫描电镜(SEM)观察、分析喷涂粉体的形貌和粒度以及爆炸喷涂层截面的微观组织,利用其附带的能谱仪(EDX)确定涂层的元素组成。采用BrukerD8型X射线衍射仪对球磨后粉体进行物相分析。使用StruersDuramin型显微硬度计测试涂层截面的显微硬度,所加载荷为980mN,加载15s,测5个点,取其平均值。采用特定统计分析软件测试涂层的孔隙率。根据航标HB514396在Instron5882型拉伸试验机上测试涂层与基体结合强度。

  2结果与分析21粉体形貌与粒度分析为不同球磨时间后粉末的SEM形貌图。

幸运飞艇官网  共晶从混合粉微观形貌和其EDS分析结果可以看出,混合粉体具有较宽的粒度范围(5100m),且各组元基本均匀分布:球形颗粒(A)为NiCr合金,形状不规则粉体颗粒(B)为Cr2O3,NiCr和Cr2O3颗粒表面均匀粘附的细小针状、棒状颗粒(C)为BaF2/CaF2共晶(箭头标示)。

复合粉末的性能研究与使用

  从球磨后粉体的形貌图可以看出,球磨初期,粉体中有未破碎的大颗粒的存在;随球磨时间的延长,颗粒尺寸逐步减小,粒度均匀性逐步提高,颗粒形状逐渐趋于球形。粉体球磨11h后,颗粒尺度均匀性及球形度最好;有微纳米尺度的细小颗粒在大颗粒表面的粘附及镶嵌。

  显示了球磨6h和11h后粉体的表观粒径累积分布。可以看到,粉体经高能球磨,颗粒尺寸进一步细化,粒度分布趋于集中。球磨6h后的粉体表观粒度<8m,球磨11h后的粉末表观粒度<5m;后者粒度分布较前者更集中,比表面积更大。

  球磨后粉体表观粒径分布22粉体X射线衍射分析是球磨不同时间后粉体的X射线衍射特征曲线。可以看出;随着球磨时间的延长,各峰的强度逐渐降低,且发生了不同程度的宽化。混合粉中BaF2和CaF2显示明显的衍射峰,随球磨时间的延长,其衍射峰强度逐渐降低,球磨11h的粉体中CaF2的衍射峰完全消失,而衍射图谱中并未显示新相的衍射峰,故BaF2/CaF2共晶完全固溶于韧性NiCr合金中,而Cr2O3均匀镶嵌在NiCr合金中,与资料

  中显示的结果一致。

  X射线衍射图谱在高能球磨过程中,粉体不断的受到罐体及球的高能碰撞及挤压,脆性组元BaF2/CaF2和Cr2O3首先破碎,延性组元首先发生变形,细小的脆性颗粒处于延性颗粒之间。同时延性的金属发生加工硬化,且在随后的球磨过程中发生断裂。无论是脆性粒子还是延性粒子,颗粒尺寸都不断减小,最后形成组织均匀的弥散质点的复合组织。

  粉体形貌、粒度分布及X射线衍射分析的结果表明,粉末经11h球磨后性能最优。鉴于爆炸喷涂对喷料粒度的要求,在本文中,用有机粘结剂(喷涂过程中完全挥发)对其进行造粒处理,选取粒度范围>11042m(160325目),作为爆炸喷涂粉体(下文简称球磨粉),用于爆炸喷涂层性能研究。

  23涂层组织是混合粉及球磨粉经爆炸喷涂制备的涂层的截面微观结构及其EDS分析图谱。从(a)和(b)可以观察到,涂层呈爆炸喷涂典型的水纹条带状结构,组织均匀,层与层之间结合紧密,没有裂纹,图(c)中的EDS分析结果显示灰白处(A区)主要是NiCr;黑色物质处(B区)主要是Cr2O3、BaF2/CaF2共晶及部分孔洞;灰黑处(C区)包含有NiCr、Cr2O3和BaF2/CaF2。其中混合粉喷涂层条带较宽,而球磨粉喷涂层条带宽度减小,组织细化明显,且涂层均匀性、致密性优于混合粉喷涂层。分析其原因主要是球磨粉颗粒细小,成分、结构、粒度均匀,喷涂时熔化充分,变形良好并充分平铺基体表面,因此条带宽度减小,涂层组织均匀致密。

  24涂层性能是混合粉及球磨粉爆炸喷涂层经拉伸断裂后表面的SEM形貌。由图可见,混合粉喷涂层呈整体剥落,断面组织粗大;球磨粉喷涂层,断面呈层状断裂,组织均匀细小,且有拉伸导致的宏观裂纹存在(图中箭头所示)。

  列出了涂层的性能指标。由表可见,混合粉及球磨粉喷涂层都具有较低的孔隙率,且球磨粉喷涂层相对于混合粉喷涂层,结合强度提高了274,显微硬度提高720.

  涂层的性能取决于其物相组成和组织形貌,而两者很大程度上取决于粉体性能及喷涂工艺。

  混合粉颗粒尺度范围宽,尺寸均匀性差,在喷涂过程中,熔融不充分,与基体形成简单的机械结合;球磨粉具有均匀的组织结构及微纳米尺度的细小颗粒,经爆炸喷涂,熔化完全,高速撞击并平铺到基体表面,与基体形成牢固的冶金结合,冷却后形成细小的晶粒及均匀致密的组织,故球磨粉体的爆炸喷涂层孔隙率低,结合强度和显微硬度较高。

  3结论(1)采用高能磨工艺,制备出了结构、成分、粒度均匀的爆炸喷涂用NiCrCr2O3BaF2/CaF2复合粉体。在进行球磨11h后,粉体中BaF2和CaF2完全进入NiCr合金基体中形成固溶体,该状态下的粉体性能最优,该球磨粉适宜做作爆炸喷涂喷料。

  (2)该爆炸喷涂工艺制备出高致密度涂层:混合粉及球磨粉喷涂层孔隙率低于1。

  (3)以球磨粉为喷料,采用爆炸喷涂工艺制备出了组织均匀致密的NiCrCr2O3BaF2/CaF2复合涂层,结合强度为673MPa,显微硬度Hv为5781,与同等厚度的混合粉喷涂层相比,结合强度提高了274,显微硬度提高了720,综合性能更优异。


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