原位合成碳化钨增强金属陶瓷涂层的基础研究

论文摘要

碳化物陶瓷中的碳化钨陶瓷因具有极高的熔点、高的化学稳定性、高的硬度和优异的耐磨耐蚀性,已成为近年来金属陶瓷研究的热点之一。本文采用钨极氩弧堆焊设备,通过原料粉末之间的高温冶金反应,在堆焊过程中原位合成碳化钨金属陶瓷涂层。论文采用磨料磨损为主要实验方法,应用硬度计、金相显微镜、扫描电镜、能谱仪等材料分析手段以及磨料磨损试验机等试验设备,对所制备的涂层试样的组织结构进行了观察分析,并且研究了涂层的耐磨料磨损性能。在涂层基体上弥散分布着大量的碳化物、硼化物硬质相,涂层与母材形成牢固的冶金结合。复合涂层的硬度远远高于母材的硬度,在以钨粉与碳化硅为原料制备的涂层中,母材的平均硬度为215HV,涂层的硬度最高达到824HV;在以钨铁与石墨为原料制备的涂层中,母材的平均硬度为172HV,涂层的硬度最高达到698HV;在以钨铁与碳化硅为原料制备的涂层中,母材的平均硬度为252HV,涂层的硬度最高达到665HV;在以钨铁与碳化硼为原料制备的涂层中,母材的平均硬度为202HV,涂层的硬度最高达到882HV;在以钨粉与碳化硼为原料制备的涂层中,母材的平均硬度为193HV,涂层的硬度最高达到897HV。在常温磨料磨损条件下,钨粉与碳化硅为原料制备的试样的耐磨性最好,是等离子弧堆焊法制备的镍基碳化钨(WC质量分数为60%)涂层试样(对照试样)的2.24倍;钨铁与石墨为原料制备的试样的耐磨性是对照试样的1.82倍;钨铁与碳化硼为原料制备的试样的耐磨性是对照试样的1.15倍;钨粉与碳化硼为原料制备的试样的耐磨性是对照试样的1.16倍;钨铁与碳化硅为原料制备的试样的耐磨性最差,是对照试样的0.84倍。本课题的研究结果表明,在钨极氩弧为热源的条件下,能获得性能良好的高温涂层,为碳化钨复合涂层在工业中的实际应用提供了理论基础。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 磨料磨损简介
• 1.2 常用的抗磨料磨损材料
• 1.3 颗粒增强金属基复合材料
• 1.3.1 基体材料
• 1.3.2 增强颗粒
• 1.3.3 界面
• 1.3.4 颗粒增强金属基复合材料的制备技术
• 1.3.5 颗粒增强金属基复合材料的应用前景
• 1.4 表面技术
• 1.5 碳化钨涂层
• 1.5.1 铸渗法
• 1.5.2 热喷涂法
• 1.5.3 粉末烧结法
• 1.5.4 堆焊法
• 1.5.5 电渣熔铸法
• 1.5.6 激光熔覆法
• 1.5.7 原位合成法
• 1.6 本课题的研究目的与研究内容
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 研究内容
• 第二章 实验方法与实验内容
• 2.1 实验材料、实验方法及实验设备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验方法
• 2.1.3 实验设备
• 2.2 实验内容
• 2.2.1 涂层的制备
• 2.2.2 金相试样的制备
• 2.2.3 涂层组织观察及其基本性能的测试
• 2.3 原位合成WC颗粒增强复合涂层的可行性研究
• 2.3.1 第一组试样
• 2.3.2 第二组试样
• 2.3.3 第三组试样
• 第三章 涂层的组织观察与成分分析
• 3.1 钨粉与碳化硅为原料制备的涂层试样
• 3.2 钨铁与石墨为原料制备的试样
• 3.3 钨铁与碳化硅为原料制备的试样
• 3.4 钨铁与碳化硼为原料制备的试样
• 3.5 钨粉与碳化硼为原料制备的试样
• 3.6 本章小结
• 第四章 涂层的性能研究
• 4.1 硬度测试
• 4.2 影响金属耐磨性的因素
• 4.2.1 硬度对耐磨性的影响
• 4.2.2 显微组织对耐磨性的影响
• 4.2.3 合金元素对耐磨性的影响
• 4.2.4 磨料尺寸与几何形状的影响
• 4.3 耐磨性的表征
• 4.4 涂层磨损实验
• 4.4.1 实验步骤
• 4.4.2 实验结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢