316L不銹鋼絲作為陽(yáng)極、鋁絲作為陰極,采用電弧噴涂?jī)陕樊惒剿徒z技術(shù)在鋁合金表面制備了316L不銹鋼/Al復(fù)合涂層,并對(duì)350℃×5 h熱處理涂層的顯微組織、化學(xué)成分、硬度和磨損性能進(jìn)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(guò)程中裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展,涂層耐磨性較基體顯著提高;涂層中擴(kuò)散層的存在提高了涂層的粘結(jié)性,磨損過(guò)程中涂層表面容易形成氧化物,起到固體潤(rùn)滑作用。 

【文章來(lái)源】：金屬熱處理. 2017,42(06)北大核心CSCD

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【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(biāo)記軌跡進(jìn)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(kuò)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(kuò)散層。形成擴(kuò)散層的原因是由于:①在噴涂過(guò)程中高溫熔滴堆積和冷卻時(shí)都會(huì)發(fā)生元素的相互擴(kuò)散，但此過(guò)程時(shí)間極短、擴(kuò)散有限;②熱處理和隨爐冷卻過(guò)程中，由于溫度升高，粒子活動(dòng)性加強(qiáng)更易發(fā)生擴(kuò)散反應(yīng);③在噴涂過(guò)程中熔融粒子連續(xù)沉積凝固時(shí)會(huì)釋放結(jié)晶潛熱，也促進(jìn)擴(kuò)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(diǎn)和圖2(c)中c點(diǎn)的EDX分析結(jié)果，檢測(cè)到的元素主要有:Fe、Ni、Al、O。根據(jù)XPS數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)，在350℃下保溫容易生成Fe3Al，從而可以確定鋁在擴(kuò)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(kuò)散層主要化學(xué)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(diǎn)元素EDX分析(原子分?jǐn)?shù)，%)Table3EDXanalysisofpointsinFig．2(at%)測(cè)試點(diǎn)OAlMoCrFeNi圖2中a點(diǎn)8．1711．170．448．3832．164．17圖2中b點(diǎn)23．6629．33—4．6418．062．61圖2中c點(diǎn)40．8613．51—1．633．320．35

第6期李喬磊，等:316L不銹鋼/鋁復(fù)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(xué)性能2．3．1顯微硬度分析圖5是采用顯微硬度計(jì)測(cè)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(duì)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(dòng);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(gè)擴(kuò)散層，該擴(kuò)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(jī)械零部件的耐磨修復(fù)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(yàn)機(jī)上，室溫、大氣和干摩擦條件下，無(wú)涂層試樣和熱處理316L不銹鋼/Al涂層試樣摩擦磨損試驗(yàn)后質(zhì)量損失變化比較。從圖6可以看出，磨損1min內(nèi)，無(wú)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(gè)波動(dòng)變化的過(guò)程，這說(shuō)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(jī)理圖7所示為摩擦磨損試驗(yàn)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

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