316L不銹鋼絲作為陽極、鋁絲作為陰極,采用電弧噴涂兩路異步送絲技術(shù)在鋁合金表面制備了316L不銹鋼/Al復合涂層,并對350℃×5 h熱處理涂層的顯微組織、化學成分、硬度和磨損性能進行了研究。結(jié)果表明:涂層內(nèi)存在大量微孔隙,且硬質(zhì)相與軟質(zhì)相相間分布,有效阻礙了磨損過程中裂紋的產(chǎn)生、擴展,涂層耐磨性較基體顯著提高;涂層中擴散層的存在提高了涂層的粘結(jié)性,磨損過程中涂層表面容易形成氧化物,起到固體潤滑作用。 

【文章來源】：金屬熱處理. 2017,42(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

L/Al涂層截面微觀形貌(a，b)及結(jié)構(gòu)示意圖(c)

3。圖3按圖2(b，d)中箭頭標記軌跡進行涂層內(nèi)片層界面，及涂層與基體界面的元素EPMA分析。由圖3(a)可以看出，在Al涂層(灰色)和316L涂層(白色)間形成了約4．8μm的擴散層;由圖3(b)可知，在涂層和基體界面上形成了3～3．5μm的擴散層。形成擴散層的原因是由于:①在噴涂過程中高溫熔滴堆積和冷卻時都會發(fā)生元素的相互擴散，但此過程時間極短、擴散有限;②熱處理和隨爐冷卻過程中，由于溫度升高，粒子活動性加強更易發(fā)生擴散反應(yīng);③在噴涂過程中熔融粒子連續(xù)沉積凝固時會釋放結(jié)晶潛熱，也促進擴散反應(yīng)發(fā)生［14］。圖2316L/Al涂層截面SEM形貌(a，b)涂層內(nèi)部;(c，d)涂層與基體界面Fig．2SEMmorphologiesofcrosssectionof316L/Alcoating(a，b)intra-coating;(c，d)interfacebetweencoatingandmatrix表3是圖2(a)中a、b點和圖2(c)中c點的EDX分析結(jié)果，檢測到的元素主要有:Fe、Ni、Al、O。根據(jù)XPS數(shù)據(jù)庫和元素結(jié)合能規(guī)律，結(jié)合能越低的物質(zhì)中的元素優(yōu)先結(jié)合［15］可知，F(xiàn)e3Al中Al的結(jié)合能為73．4eV，Al2O3中Al的結(jié)合能為74．7eV，AlNi中Al的結(jié)合能為73．5eV，未化合的Al結(jié)合能為72．9eV。依據(jù)Fe-Al二元相圖(圖4)，Al含量為20%～30%時，在350℃下保溫容易生成Fe3Al，從而可以確定鋁在擴散層形成了Fe3Al、AlNi、Al2O3和未化合態(tài)的混合物［11］。初步判斷圖2中觀察到的擴散層主要化學成分是Fe、Al、Ni的金屬間化合物及圖1中黑色氧化層主要是Fe、Al的氧化物。表3圖2中各點元素EDX分析(原子分數(shù)，%)Table3EDXanalysisofpointsinFig．2(at%)測試點OAlMoCrFeNi圖2中a點8．1711．170．448．3832．164．17圖2中b點23．6629．33—4．6418．062．61圖2中c點40．8613．51—1．633．320．35

第6期李喬磊，等:316L不銹鋼/鋁復合涂層的摩擦磨損性能9圖3316L/Al涂層截面EPMA分析(a)涂層內(nèi);(b)涂層與基體界面Fig．3EPMAanalysisofcrosssectionof316L/Alcoating(a)intra-coating;(b)interfacebetweencoatingandmatrix圖4Fe-Al二元相圖［16］Fig．4PhasediagramofZn-Albinarysystem［16］2．3力學性能2．3．1顯微硬度分析圖5是采用顯微硬度計測得的從涂層表面到基體硬度隨深度變化的曲線。從圖5可知，基體的硬度大致為83HV0．3，涂層的硬度為140HV0．3。對比圖1中的涂層厚度可知，涂層表面至300μm是涂層內(nèi)部的硬度，涂層硬度在135～145HV0．3之間波動;300～450μm是涂層和基體的粘結(jié)部分，硬度逐漸降低，發(fā)現(xiàn)基體和涂層的界面處出現(xiàn)了一個擴散層，該擴散層不僅提高了涂層與基體之間的粘結(jié)性，而且提高了鋁圖5316L/Al涂層截面顯微硬度Fig．5Microhardnessofcrosssectionof316L/Alcoating合金近基體表面硬度，從而提高了基體近表面的耐磨性能，該發(fā)現(xiàn)為鋁合金機械零部件的耐磨修復提供了理論依據(jù)［17］。2．3．2摩擦磨損量分析圖6給出了在普通銷盤式砂輪磨損試驗機上，室溫、大氣和干摩擦條件下，無涂層試樣和熱處理316L不銹鋼/Al涂層試樣摩擦磨損試驗后質(zhì)量損失變化比較。從圖6可以看出，磨損1min內(nèi)，無涂層試樣的磨損量(1．25g/cm2)是有涂層試樣磨損量(0．1g/cm2)的12倍。由圖6還可見，涂層試樣的磨損量是一個波動變化的過程，這說明涂層的軟硬相結(jié)構(gòu)不夠均勻。圖6316L/Al涂層的磨損量Fig．6Masslossofthe316L/Alcoatingduringwearprocessing2．4摩擦磨損機理圖7所示為摩擦磨損試驗后樣品磨痕表面SEM照片。圖7(a，b)為未噴涂樣品的摩擦磨損形貌，從圖7(a)可見，鋁合金磨損后表面粗糙，犁溝槽較深

【參考文獻】：
期刊論文
[1]3種表面技術(shù)在軸磨損修復中的應(yīng)用研究綜述[J]. 劉曉明,高云鵬,閆侯霞,趙曉春,孫增偉.  表面技術(shù). 2015(08)
[2]電弧噴涂技術(shù)應(yīng)用研究進展[J]. 梁國,李壯志,顏飛,張婧,賈傳寶,常德春.  新技術(shù)新工藝. 2015(02)
[3]電弧噴涂金屬復合涂層防腐性能研究[J]. 晁兵,嚴生貴,沈亞郯,張宗輝,張安永,劉國彬.  現(xiàn)代涂料與涂裝. 2014(03)
[4]高速電弧噴涂Fe基合金陶瓷涂層的耐蝕性[J]. 王昊,吳玉萍,李保松,郭文敏,陸玖鵬.  金屬熱處理. 2013(05)
[5]鑄鐵軋輥表面Cr3C2-NiCr涂層的顯微組織[J]. 金云學,岳佳锜,王昌華,錢智慧.  金屬熱處理. 2012(12)
[6]電弧噴涂粉芯絲材的研究進展與應(yīng)用[J]. 黃林兵,余圣甫,鄧宇,戴明輝,徐慧子.  材料導報. 2011(03)
[7]鋁合金微弧氧化技術(shù)的研究進展[J]. 劉亞娟,徐晉勇,高成,藍毓勝,張景春.  材料導報. 2010(S2)
[8]Structure and sliding wear behavior of 321 stainless steel/Al composite coating deposited by high velocity arc spraying technique[J]. 陳永雄,徐濱士,劉燕,梁秀兵,許一.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2008(03)
[9]LY12CZ鋁合金表面等離子浸沒離子注入氮層的摩擦磨損性能研究[J]. 劉洪喜,王浪平,王小峰,湯寶寅.  摩擦學學報. 2006(05)
[10]高速電弧噴涂FeAlCrNi/Cr3C2復合涂層的腐蝕性能研究[J]. 徐維普,徐濱士,羅曉明,張亞余,葛雷,張偉.  金屬熱處理. 2005(12)



本文編號：3418544