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        復合粉末的性能研究與使用

        作者:翔宇粉末冶金制品

        發布時間:2020-08-22

        來源:本站 閱讀數量:102次 點贊數量:42次

        導讀:翔宇粉末冶金制品有限公司為您提供粉末冶金技術、粉末冶金知識,讓客戶對粉末冶金制品的技術與知識有所了解。

          采用高能球磨制備NiCrCr2O3BaF2/CaF2復合粉體,并采用爆炸噴涂工藝對粉體進行噴涂試驗。研究了球磨時間對粉體的影響,以及噴涂后涂層的顯微組織結構和常規性能特征,從而為爆炸噴涂制備高溫納米自潤滑復合涂層提供理論和實踐基礎。

          1試驗11粉體制備試驗材料NiCr和Cr2O3為市售粉體,BaF2/CaF2為自制共晶,其物性特征如所示。按設定的配比將BaF2/CaF2和Cr2O3裝入高能球磨機中高能磨3h,加入NiCr合金粉體后繼續球磨4、6、11h.研磨介質為軸承鋼球,球體尺寸為8,球磨機轉速為1400r/min,球料比為101.作為對比,利用高能球磨機對設定配比三組元進行無球干混1h,制備混合粉末。

          12涂層制備爆炸噴涂設備選用俄羅斯Ob型水平爆炸噴槍。噴涂用氣體為乙炔和氧氣,保護氣體為氮氣,噴涂工藝參數見。涂層基體材料為1Cr18Ni9Ti不銹鋼,金相試樣規格為:20mm10mm1mm,測試涂層結合強度試樣規格為18mm60mm.

          13表征用FEIQUANTA600型掃描電鏡(SEM)觀察、分析噴涂粉體的形貌和粒度以及爆炸噴涂層截面的微觀組織,利用其附帶的能譜儀(EDX)確定涂層的元素組成。采用BrukerD8型X射線衍射儀對球磨后粉體進行物相分析。使用StruersDuramin型顯微硬度計測試涂層截面的顯微硬度,所加載荷為980mN,加載15s,測5個點,取其平均值。采用特定統計分析軟件測試涂層的孔隙率。根據航標HB514396在Instron5882型拉伸試驗機上測試涂層與基體結合強度。

          2結果與分析21粉體形貌與粒度分析為不同球磨時間后粉末的SEM形貌圖。

          共晶從混合粉微觀形貌和其EDS分析結果可以看出,混合粉體具有較寬的粒度范圍(5100m),且各組元基本均勻分布:球形顆粒(A)為NiCr合金,形狀不規則粉體顆粒(B)為Cr2O3,NiCr和Cr2O3顆粒表面均勻粘附的細小針狀、棒狀顆粒(C)為BaF2/CaF2共晶(箭頭標示)。

        復合粉末的性能研究與使用

          從球磨后粉體的形貌圖可以看出,球磨初期,粉體中有未破碎的大顆粒的存在;隨球磨時間的延長,顆粒尺寸逐步減小,粒度均勻性逐步提高,顆粒形狀逐漸趨于球形。粉體球磨11h后,顆粒尺度均勻性及球形度最好;有微納米尺度的細小顆粒在大顆粒表面的粘附及鑲嵌。

          顯示了球磨6h和11h后粉體的表觀粒徑累積分布??梢钥吹?,粉體經高能球磨,顆粒尺寸進一步細化,粒度分布趨于集中。球磨6h后的粉體表觀粒度<8m,球磨11h后的粉末表觀粒度<5m;后者粒度分布較前者更集中,比表面積更大。

          球磨后粉體表觀粒徑分布22粉體X射線衍射分析是球磨不同時間后粉體的X射線衍射特征曲線??梢钥闯?;隨著球磨時間的延長,各峰的強度逐漸降低,且發生了不同程度的寬化?;旌戏壑蠦aF2和CaF2顯示明顯的衍射峰,隨球磨時間的延長,其衍射峰強度逐漸降低,球磨11h的粉體中CaF2的衍射峰完全消失,而衍射圖譜中并未顯示新相的衍射峰,故BaF2/CaF2共晶完全固溶于韌性NiCr合金中,而Cr2O3均勻鑲嵌在NiCr合金中,與資料

          中顯示的結果一致。

          X射線衍射圖譜在高能球磨過程中,粉體不斷的受到罐體及球的高能碰撞及擠壓,脆性組元BaF2/CaF2和Cr2O3首先破碎,延性組元首先發生變形,細小的脆性顆粒處于延性顆粒之間。同時延性的金屬發生加工硬化,且在隨后的球磨過程中發生斷裂。無論是脆性粒子還是延性粒子,顆粒尺寸都不斷減小,最后形成組織均勻的彌散質點的復合組織。

          粉體形貌、粒度分布及X射線衍射分析的結果表明,粉末經11h球磨后性能最優。鑒于爆炸噴涂對噴料粒度的要求,在本文中,用有機粘結劑(噴涂過程中完全揮發)對其進行造粒處理,選取粒度范圍>11042m(160325目),作為爆炸噴涂粉體(下文簡稱球磨粉),用于爆炸噴涂層性能研究。

          23涂層組織是混合粉及球磨粉經爆炸噴涂制備的涂層的截面微觀結構及其EDS分析圖譜。從(a)和(b)可以觀察到,涂層呈爆炸噴涂典型的水紋條帶狀結構,組織均勻,層與層之間結合緊密,沒有裂紋,圖(c)中的EDS分析結果顯示灰白處(A區)主要是NiCr;黑色物質處(B區)主要是Cr2O3、BaF2/CaF2共晶及部分孔洞;灰黑處(C區)包含有NiCr、Cr2O3和BaF2/CaF2。其中混合粉噴涂層條帶較寬,而球磨粉噴涂層條帶寬度減小,組織細化明顯,且涂層均勻性、致密性優于混合粉噴涂層。分析其原因主要是球磨粉顆粒細小,成分、結構、粒度均勻,噴涂時熔化充分,變形良好并充分平鋪基體表面,因此條帶寬度減小,涂層組織均勻致密。

          24涂層性能是混合粉及球磨粉爆炸噴涂層經拉伸斷裂后表面的SEM形貌。由圖可見,混合粉噴涂層呈整體剝落,斷面組織粗大;球磨粉噴涂層,斷面呈層狀斷裂,組織均勻細小,且有拉伸導致的宏觀裂紋存在(圖中箭頭所示)。

          列出了涂層的性能指標。由表可見,混合粉及球磨粉噴涂層都具有較低的孔隙率,且球磨粉噴涂層相對于混合粉噴涂層,結合強度提高了274,顯微硬度提高720.

          涂層的性能取決于其物相組成和組織形貌,而兩者很大程度上取決于粉體性能及噴涂工藝。

          混合粉顆粒尺度范圍寬,尺寸均勻性差,在噴涂過程中,熔融不充分,與基體形成簡單的機械結合;球磨粉具有均勻的組織結構及微納米尺度的細小顆粒,經爆炸噴涂,熔化完全,高速撞擊并平鋪到基體表面,與基體形成牢固的冶金結合,冷卻后形成細小的晶粒及均勻致密的組織,故球磨粉體的爆炸噴涂層孔隙率低,結合強度和顯微硬度較高。

          3結論(1)采用高能磨工藝,制備出了結構、成分、粒度均勻的爆炸噴涂用NiCrCr2O3BaF2/CaF2復合粉體。在進行球磨11h后,粉體中BaF2和CaF2完全進入NiCr合金基體中形成固溶體,該狀態下的粉體性能最優,該球磨粉適宜做作爆炸噴涂噴料。

         ?。?)該爆炸噴涂工藝制備出高致密度涂層:混合粉及球磨粉噴涂層孔隙率低于1.

         ?。?)以球磨粉為噴料,采用爆炸噴涂工藝制備出了組織均勻致密的NiCrCr2O3BaF2/CaF2復合涂層,結合強度為673MPa,顯微硬度Hv為5781,與同等厚度的混合粉噴涂層相比,結合強度提高了274,顯微硬度提高了720,綜合性能更優異。


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