氩弧熔覆原位合成金属基复合材料涂层

第1章 绪论 1

1.1外加颗粒增强金属基复合材料 1

1.1.1粉末冶金法 1

1.1.2铸造法 1

1.1.3扩散焊接制备技术 3

1.1.4喷射法 3

1.2原位合成金属基复合材料 3

1.2.1 XD法 4

1.2.2 VLS法 4

1.2.3自蔓延燃烧反应法（SHS） 5

1.2.4接触反应法 6

1.2.5直接氧化法 6

1.3金属基复合材料涂层的研究 7

1.3.1外加颗粒增强金属基复合涂层研究 7

1.3.2原位合成金属基复合涂层研究 7

1.4氩弧熔覆技术概况及研究现状 8

1.4.1氩弧熔覆技术概况 8

1.4.2氩弧熔覆技术的国内外研究现状 9

第2章 试验材料及方法 11

2.1试验材料 11

2.1.1氩弧熔覆原位合成ZrC-ZrB2增强金属基复合材料涂层所用材料 11

2.1.2氩弧熔覆原位合成TiC-TiB2增强金属基复合材料涂层所用材料 12

2.1.3氩弧熔覆原位合成TiC增强金属基复合材料涂层所用材料 13

2.1.4氩弧熔覆原位合成Ti（C，N）-TiB2增强金属基复合材料涂层所用材料 14

2.1.5氩弧熔覆原位合成（ZrTi）C增强金属基复合材料涂层所用材料 16

2.1.6氩弧熔覆原位合成TiB2-TiN增强金属基复合材料涂层所用材料 18

2.1.7氩弧熔覆层制备工艺 18

2.2原位合成金属基复合材料涂层的组织结构测试方法 19

2.2.1复合材料涂层的X射线物相分析 19

2.2.2复合材料涂层组织结构观察分析 19

2.3原位合成金属复合材料涂层的性能测试 20

2.3.1复合材料涂层显微硬度测试 20

2.3.2复合材料涂层的摩擦磨损性能 20

第3章 氩弧熔覆原位合成ZrC-ZrB2增强金属基复合材料涂层 21

3.1引言 21

3.2熔覆工艺参数对熔覆层质量的影响 22

3.2.1预涂粉末厚度 22

3.2.2熔覆电流 23

3.2.3熔覆速度 23

3.3熔覆材料粉末组分对熔覆层质量的影响 25

3.3.1 （Zr+B4C）含量对熔覆层显微组织的影响 26

3.3.2 （Zr+B4C）含量对熔覆层显微硬度的影响 27

3.4原位合成ZrC-ZrB2增强金属基复合材料涂层组织结构 27

3.4.1复合材料涂层组织 27

3.4.2复合材料涂层物相分析 32

3.4.3复合材料涂层中ZrC-ZrB2形成机理和长大特性 32

3.5原位合成ZrC-ZrB2增强金属基复合材料涂层摩擦磨损性能 37

第4章 氩弧熔覆原位合成TiC-TiB2增强金属基复合涂层 39

4.1引言 39

4.2熔覆工艺参数对涂层质量的影响 40

4.2.1熔覆电流对涂层质量的影响 40

4.2.2预置层厚度对涂层质量的影响 40

4.2.3熔覆速度对涂层硬度的影响 40

4.3熔覆材料对涂层质量的影响 41

4.3.1 Fe含量对涂层结构及硬度的影响 41

4.3.2 Ti和B4 C物质的量之比对涂层结构及硬度的影响 43

4.4原位合成TiC-TiB2增强金属基复合材料涂层组织结构 44

4.4.1复合材料涂层组织特征 44

4.4.2复合材料涂层物相分析 46

4.4.3复合材料涂层能谱分析 47

4.4.4复合材料涂层组织TEM分析 49

4.4.5复合材料涂层中TiC-TiB2形成机理和长大特性 51

4.5原位合成TiC-TiB2增强金属基复合材料涂层摩擦磨损性能 56

4.5.1复合材料涂层显微硬度 56

4.5.2复合材料涂层磨损性能 56

第5章 氩弧熔覆原位合成TiC增强金属基复合材料涂层 58

5.1引言 58

5.2氩弧熔覆工艺参数对涂层质量的影响 58

5.2.1焊接电流对熔覆层显微硬度的影响 58

5.2.2熔覆速度对熔覆层显微硬度的影响 59

5.2.3预置涂层厚度对熔覆层的影响 60

5.3熔覆材料对涂层质量的影响 61

5.3.1 （Ti+C）含量对熔覆涂层显微硬度的影响 61

5.3.2 （Ti+C）含量对熔覆层的显微组织的影响 62

5.4原位合成TiC增强金属基复合材料涂层组织结构 64

5.4.1复合材料涂层组织 64

5.4.2复合材料涂层物相分析 68

5.4.3复合材料涂层中TiC形成机理和长大特性 70

5.5原位合成TiC增强金属基复合材料涂层摩擦磨损性能 75

5.5.1复合材料涂层显微硬度 75

5.5.2复合材料涂层磨损性能 75

第6章 氩弧熔覆原位合成Ti（C，N）-TiB2增强金属基复合涂层 77

6.1引言 77

6.2熔覆工艺参数对熔覆层质量的影响 78

6.2.1熔覆电流的影响 78

6.2.2熔覆速度的影响 79

6.2.3预置涂层厚度的影响 79

6.3预涂粉末含量对熔覆层性能的影响 80

6.3.1 Ni60A含量对熔覆层组织及硬度的影响 80

6.3.2 Ti/BN/B4C的质量百分比对熔覆层的影响 82

6.4原位合成Ti（CN）-TiB2增强金属基复合材料涂层组织结构 83

6.4.1复合材料涂层组织特征 83

6.4.2复合材料涂层物相分析 85

6.4.3涂层中Ti（CN）-TiB2形成机理和长大特性 90

6.5原位合成Ti（CN）-TiB2增强金属基复合材料涂层摩擦磨损性 92

6.5.1复合材料涂层显微硬度 92

6.5.2复合材料涂层磨损性能 93

第7章 氩弧熔覆原位合成（ZrTi）C增强金属基复合材料涂层 94

7.1引言 94

7.2预涂粉末含量对熔覆层质量的影响 94

7.2.1 Ni60A含量对熔覆层组织结构及硬度的影响 94

7.2.2 Ti/Zr的摩尔比对熔覆层组织结构及硬度的影响 96

7.3熔覆工艺参数对熔覆层质量的影响 98

7.3.1熔覆电流 98

7.3.2熔覆速度 98

7.3.3预置涂层厚度 99

7.4原位合成（ZrTi）C增强金属基复合材料涂层组织结构特征 101

7.4.1复合材料涂层组织观察 101

7.4.2复合材料涂层物相分析 103

7.4.3熔覆层中物相的XRD分析 107

7.4.4涂层中（ZrTi）C形成机理和长大特性 107

7.5原位合成（ZrTi）C增强金属基复合材料涂层摩擦磨损性能 110

7.5.1复合材料涂层显微硬度 110

7.5.2复合材料涂层磨损性能 111

第8章 氩弧熔覆原位合成TiB2-TiN增强金属基复合材料涂层 113

8.1引言 113

8.2熔覆工艺参数对涂层质量的影响 114

8.2.1熔覆电流对涂层质量的影响 114

8.2.2熔覆速度对涂层质量的影响 115

8.2.3预置粉末厚度对涂层质量的影响 116

8.3熔覆材料对涂层质量的影响 117

8.3.1不同成分配比熔覆材料对复合涂层组织的影响 117

8.3.2不同成分配比熔覆材料对复合涂层显微硬度的影响 117

8.4原位合成TiB2-TiN增强金属基复合材料涂层组织结构 119

8.4.1复合涂层组织的物相分析 119

8.4.2复合涂层颗粒增强相的能谱分析 119

8.4.3复合涂层颗粒增强相元素定性分析 120

8.4.4复合涂层微观组织分析 121

8.5氩弧熔覆原位合成TiB2-TiN热力学分析与形成机理 123

8.5.1原位合成TiB2-TiN复合涂层的热力学分析 123

8.5.2 TiB2-TiN颗粒的形成机理 126

8.6原位合成TiC-TiB2增强金属基复合材料涂层摩擦磨损性能 128

8.6.1复合材料涂层显微硬度 128

8.6.2复合材料涂层磨损性能 129

参考文献 131

索引 137