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宁波精密铸造:Al_2O_3弥散强化316L不锈钢粉末的高速火焰喷涂

发布日期:2018-01-05 08:49:03 浏览次数:652

    A丨23弥散强化316L不锈钢粉末的高速火焰喷涂(。北京工业大学材料科学与工程学院,北京1000222德国亚琛工业大学表面工程研究所,德国亚琛D―52070火焰喷涂(HVOF)试验。研究了弥散强化粉末及其喷涂层的微观组织结构和硬度。采用销-盘磨损试验机测试了涂层的耐磨性能。结果表明,球磨加工后,Al2O3颗粒尺寸大多小于1Pm由微米级、亚微米级及纳米级粒子组成并均匀分布在316L不锈钢基体粉末中。随着球磨时间的增加,粉末的显微硬度提高。喷涂后球磨粉末的微观组织结构基本不变,喷涂层的硬度比对应球磨粉末硬度低,其耐磨性明显优于单纯不锈钢粉末涂层。

  百高能球磨技术是一种制备金属基复合材料(MMC)的有效方法。球磨过程中粉末粒子重复不断地经受变形、破碎和冷焊的过程,造成粒子的机械合金化。

  已逐步在工业中得到应用。第三代HVOF系统可以用来喷涂一些类似MCrAlY等氧化敏感的金属合金采用HVOF方法喷涂高能球磨工艺制备的Al2O3弥散增强NiCr基粉末,得到了好的效果。

  316L不锈钢基粉末,并采用HVOF方法进行喷涂。

  探讨了粉末及其喷涂层的显微组织结构和性能。

  20Mm的316L不锈钢基体用粉和粒度22~5ftn的Al2O3粉。机械合金化在SimoloyerCM01高能球磨机上进行,转速为1500rWn.将AliO3粉与316L粉按1:1的体积比配成编号为1~4号的混合粉体,其中4号粉中的AUO3粉经预磨2h后再加入。将磨球和混合粉体一起装入容积为2L的不锈钢球罐中,在空气中混合并球磨,磨球米用型号为100Cr6、直径4.不锈钢球,球与粉体的质量比为10:1.在球磨过程中对钢筒进行水冷。经不同的球磨时间(~4号粉的球磨时间分别为2h,4h,8h和2h)制备Al2O3弥散强化316L不锈钢粉体。

  球磨后的粉体采用F在St37低碳钢基材上喷涂。作为比较,未经过强化的基体粉也采用HVOF进行喷涂。HVOF试验采用Sulzer表1 HVOF工艺参数燃气流量氧气流量送粉氮气流量送粉量喷涂距离基金项目:德国工业基金AiF研究项目(12 756N)国家留学基金委1994-髓资助这0-)J磁alEle伽nicPublishing扫描电镜进行显微组织(结构分析。用显微焊接学报硬度计检测粉末及涂层的硬度。

  喷涂层的耐磨性测试在销一盘机上进行。在直径14mm的销表面上进行喷涂,并在盘表面粘上砂纸。把销置于砂纸表面,保持压力为0.03MPa滑动速度为0.36m/s.每磨25m后,检测销的质量损失并更换砂纸,总共滑动距离为100m.销的质量损失数据为3个销的平均值。以上两种粉,粉末粒子的尺寸更小,弥散结构均性进一步提高。AI2O3颗粒尺寸相比1号粉、2号粉都小。为4号粉的横截面,粉末经2h高能球磨。

  尽管AI2O3粉经过2h预磨后,在基体中的粒子尺寸相比1号更小,但在个别粒子中还是出现相对比较大的未合金化区。

  粉末经2h高能球磨后,颗粒尺寸明显变细,被破碎成小于2Mm的细小颗粒,且大多小于1Mm.但弥散结构是不均的,个别颗粒有相对较大的未合金化区。为2号粉的横截面,粉末经4h高能球磨。与1号粉相比,可清楚地观察到弥散结构均性提高,但还是有个别粒子有较小的未合金化区。

  为3号粉的横截面,粉末经8h高能球磨。相对以上结果表明,高能球磨工艺对MMC材料的颗粒粒度和分布形态以及合金化程度均有影响。

  粉末的显微硬度测试结果。与基体粉硬度相比,经球磨机械合金化后,粉末的硬度值显著增加。其中3号粉硬度最高,原因是3号粉球磨时间最长,基体获得了较大的形变强化,组织结构更均,含有更细小的Al23颗粒,更多的粒子尺寸位于亚微米及纳米级范围。当球磨时间由2h增至4h,粉末的硬度提高,从715HV0.01增至853HV0.01.球磨时间由4h增至8h,粉末的硬度增至Publig6HS0S.e%l尽管球磨时间翻番ft而显微硬度的增幅只有由2h增至4h的1/3.表明球磨时间对球磨粉体的影响不是线性的关系。当达到某一球磨时间后,通过增加球磨时间来改善粉体性能的作用是有限的。4号粉相对1号粉硬度有较大幅度的提高,表明原始尺寸细小的AI2O3粉可获得更好的球磨结果。到非均结构。两种涂层中都出现一些白亮的成分,它们来源于粉末颗粒中大的未合金化区。即球磨粉结构越均,获得的涂层也越均。由于喷涂时采用较“冷”的喷涂参数,使粉末只有小部分被熔化,球磨粉的组织结构可以大部分保留于喷涂层中。

  粉末的显微硬度测试结果(HVO.01)Table2Microhardness是316L基体粉末喷涂层的横截面。可以看到,喷涂过程中多数粒子只被部分熔化和产生轻微氧化。由于球磨粉体的粒子尺寸总体比基体粉的小得多,为尽可能地保持球磨粉末的组织结构,喷涂时要降低火焰温度,即相对喷涂基体粉时,喷涂球磨粉时要“冷”些。~为采用HVOF方法喷涂球磨粉涂层的横截面。所有喷涂层都很致密,涂层结构相对均。但1号和4号粉的涂层中还是可见焊接学报bookmark0与球磨粉中的At3粒子尺寸相比,涂层中大部分Al23粒子仍然小于1Mm.表3为涂层显微硬度的测试结果。基体粉末喷涂层的显微硬度值较低,但比粉末态时的硬度值高得多,硬度显著提高是由于HVOF过程中粒子高动能引起形变强化所致。相反,所有球磨粉喷涂层的硬度都较相应粉末态时的要低。可以看出,球磨粉末硬度值越高,相应喷涂层的也越高。硬度值损失在116~ 1之间,硬度越高的球磨粉,其损失程度越大。因为随着球磨时间增加,颗粒尺寸会减小并且形变强化增加。喷涂过程中,小尺寸颗粒可能被加热得更厉害,3号粉在喷涂时引起较大的形变强化损失。但尽管在喷涂过程中产生了新的形变强化,如此大的硬度值损失不可能补偿回来。因此3号粉的硬度值损失最大。

  涂层显微硬度测试结果(HV0.1)316L不锈钢表4为销一盘磨损试验的结果。基体粉喷涂层的磨损量最大,达101mg.而球磨粉喷涂层比基体粉的磨损量要小得多,主要是由于喷涂层具有较高的硬度和在基体中均匀分布的Al23粒子。3号粉喷涂层的耐磨性最好,是由于其硬度最高以及组织结构更加均匀。可以看出,球磨粉的性能对其喷涂层的性能有直接的影响。通常,球磨粉性能越好,其喷涂层的耐磨性也越好。

  销-盘磨损试验结果涂层316L不锈钢磨损失重3结论⑴随着球磨时间的增加,Al23粒子尺寸减小且弥散强化粉末组织结构均匀性提高。由于粉末的形变强化,球磨粉比基体粉的硬度高很多。通过增加球磨时间以及采用预磨Al23陶瓷粉,可提高球磨粉硬度。

  (2)成功使用HV0F方法直接喷涂高能球磨制备的粉末。球磨粉弥散的组织结构可大量留存于涂层中。但经喷涂后,喷涂层的显微硬度低于球磨粉态的硬度,与基体粉喷涂层相比,球磨粉喷涂层的硬度更高且耐磨性更好。球磨粉硬度越高,对应喷涂层的耐磨性越好。




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