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浏览:- 发布日期:2022-09-07 16:12:43【

摘 要:采用大气等离子喷涂法在 Q235钢基体表面制备 Mo2NiB2 基金属陶瓷涂层,研究了送 粉速率(40~80g·min-1)Mo2NiB2 :粉速率下 Mo2NiB2 涂层Mo2NiB2 MoNi4 MoB2 ,60g·min-1时涂层质量最佳;随着送粉速率的增大,Mo2NiB2 下降,送粉速率为60g·min-1时达到最大,分别为2107HV,29.23 MPa;Mo2NiB2 耐腐蚀性能随送粉速率的增大而增强,在送粉速率为80g·min-1最佳

关键词:等离子喷涂;送粉速率;Mo2NiB2 ;;

中图分类号:TG148;TG178 文献标志码:A 章编号:1000-3738(2022)05-0070-07

0 引 言 

三元硼化物基金属陶瓷在高温下能够保持优异 的综合性能且与钢的结合强度较高,因此广泛应用 于注射成型模铜热挤压模汽车气门热煅模空气 压缩机海 水 泵 轴 承 等 模 具 和 零 部 件 的 表 面 强 [1-4]其中,Mo2NiB2 基金属陶Mo2NiB2 质相和镍基合金黏结相构成,优异, 并且可以通过添加合金元素(钒等)进一步提 升其硬度抗弯强度和耐腐蚀性能[5-8]

随着表面工程技术的发展,高性能 Mo2NiB2 金属陶瓷涂层得到广泛研究与应用目前,通常用真空液相烧结法激光熔覆铸造烧结法热化学 反应法固相反应法等技术[9-12]制备该涂层然而, 这些方法工艺复杂,成本较高,对施工条件要求较 ,且涂层存在较多的缺陷与反应不充分等问题,制了 Mo2NiB2 涂层的应用[13-14]

等离子喷涂技术具有操作简单快捷高效施工 条件要求低经济效益高等特点,尤其适合大面积工 件表面涂层的制备,近些年来得到了快速发展[15]Mo-FeB-Fe-TiB2 为反应体系,利用等离子 喷涂技术在 Q235钢表面制备了三元硼化物系金属 陶瓷 涂 层,发 现 涂 层 的 主 要 成 分 为 Mo2FeB2 TiB2 硬质相和铁基黏结相;的抗50 次以上,涂层在酸溶液中的耐腐提高 9.2夏雨[16]采用等离子喷涂方法在 Q235表面制备了 Mo2FeB2 ,显微 硬度高达1200HV,6,的耐磨性能明显优于基体,且腐蚀速率只有基体的 19.8%等离子喷涂参数较多,包括喷涂距离主气 流量辅气流量电弧电流和送粉速率等,这些参数 会影响涂层的强度硬度耐腐蚀等性能[17-18],送粉速率与粉末的熔融状态密切相关,将会直接 影响喷涂质量,进而影响涂层的耐磨耐腐蚀等性 目前,研究者对喷涂距离主气流量辅气流量电弧电流等参数的影响进行了大量研究[19],然而关 于送粉速率对等离子喷涂制备 Mo2NiB2 瓷涂 层性能的影响研究仍然较少为此,作者采用离子喷涂技术在 Q235Mo2NiB2 基金 属 陶 瓷 涂 层,(40~80g· min-1)下涂层的硬度结合强度耐腐蚀性能进行研究,为后续进一步研究提供了依据

1 试样制备与试验方法

涂层原料为 Mo2NiB2 ,广料科技有限公司提供,化学1,貌见 1,颗粒呈球形,粒径在10~60μm;Q235,学成2,别为10mm× 10mm×5mm,30 mm×30 mm×5 mm过喷 砂处理去除基体表面的锈迹和杂质,然后用无水醇超声10min,,待用。 


Mo2NiB2 802h,去除水 分,以 达 到 均 Oerlikon metco型大气等离子喷涂设备制备 Mo2NiB2 基金 属陶瓷涂层,厚度为 30~50μm,喷 枪 型 号 为 F4-MB,,1.6mm,100 mm,650 A,()50L·min-1,()12L·min-1,改变送 粉 器 的 转 速 使 得 送 粉 速 率 分 别 为 40,60, 80g·min-1


Mo2NiB2 ,(冰乙酸和稀1∶1)2min,5 min ,,Hitachi TM3030(SEM),使OxfordSwift3000 X 射线 光 谱 仪 (EDS)Rigaku UltimaIV X线(XRD)测定, 电压为40kV,30mA,2θ 5°~ 120°,2(°)·min-1,0.02°HXD-1000TMC/LCD,2.94N,10s,10个点进行测试,取其平均 值 为 最 终 硬 度BGD 500 Mo2NiB2 的结,3平均将涂层试样在质量分数为3.5%NaCl溶液中浸泡 2h,AutolabPGSTAT302N 作站测试其动态极化曲线,,极为 Ag/AgCl,对电极,,工作面面积为1cm2线, 工作电极以1mV·s-1的扫描速率进行极化

2 试验结论 

2.1 物相组成

由图2可以看出,Mo2NiB2 粉末及不同送粉速率下所得涂层均主要由 Mo2NiB2 MoNi4 金相和 MoB2 硬质相组成Mo2NiB2 了大气等离子喷涂的高温作用后并无新相生成,Mo2NiB2 ,高温,明基。 


2.2 微观形貌 

由图3 可以看出:当 送 粉 速 率 为 40g·min-1 ,Mo2NiB2 ,,,完全颗粒较多,在撞击基体时产生了一定的溅射;当送粉 速率为60g·min-1,涂层较致密,孔洞明显减少, 这是由于送粉速率的提高使得完全熔融状态下的粉 末颗粒减少,与基体产生的溅射也随之减少,涂层在 铺展时变 得 更 加 均 匀;当 送 粉 速 率 进 一 步 提 高 到 80g·min-1,便喷射基体 ,涂层中,可知,当送粉速率为60g·min-1,涂层质量最佳


60g·min-1下制Mo2NiB2 层进行 SEM EDS,4由图4可 知:Mo2NiB2 涂 层 呈 灰 白 相 间 的 片 状 结 ,白色相 中 钼 元 素 居 多,而 镍 元 素 含 量 很 少,MoB2 ,Mo2NiB2 MoNi4 [20]; Mo2NiB2 中 铬整 个 分布。 

2.3 硬度和结合强度 

当送 粉 速 率 分 别 为 40,60,80g·min-1 , Mo2NiB2 1 727,2 107, 1891HV,远高Q235(168 HV),强度分别为27.76,29.23,24.47MPa;涂层的硬度和 结合强度均随着送粉速率的增大先增后降,且均在 送粉速率为60g·min-160,80g· min-1的送粉 速 ,,,所以涂层的硬度比送粉速率为 40g·min-1 [21]80g·min-1比较 致密,但由于涂层,结合度低于在40g·min-1送粉速率下制备的 Mo2NiB2 涂层


2.4 耐腐蚀性能 

由图5可知:基体与涂层在阳极极化区域经历 了从活化态到钝化态的过渡过程且均存在明显的过 度钝化区,说明基体和涂层表面均形成了稳定的钝 化膜;涂层的钝化区间明显大于基体的钝化区间,涂层钝化膜的击穿电位均明显高于基体[22];随着送 粉速率的增大,涂层的击穿电位逐渐增大

利用塔菲尔曲线外推法对极化曲线进行计算, 得到 Q235 钢 基 体 和 Mo2NiB2 由表3可知:随着送粉速率,涂层位逐渐增大,自腐蚀电流密度逐渐减小;涂层的自腐 蚀电位均高于基体,自腐蚀电流密度均低于基体,Mo2NiB2 涂层能够有效阻止 Q235钢基体在质量分 数为3.5% NaCl溶液中的腐蚀


由图6可以看出:Q235钢基体与 Mo2NiB2 层的 Nyquist曲线均呈单一的近似半圆弧形,且涂 层的圆弧半径明显大于基体的圆弧半径;随着送粉 的增,Mo2NiB2 渐增弧半,Mo2NiB2 涂层的耐Q235基体,且随 的增,,于涂的厚[23-24]在送 率为80g·min-1。 


由图7可以看出:,-曲线呈单调递减趋势;Q235Z 位角 小 于 Mo2NiB2 涂 层,, Mo2NiB2 由此可见,,Mo2NiB2 耐腐蚀性能提高[25]


Mo2NiB2 -频率曲线存,即存2[26]使用 Nova2个时间常数的等效电路进行拟合,得到的等效电 路如图8所示8:Rs 为从参比电极到工作电 极的溶液电阻;Rf 为涂层电阻;Rct 为电荷转; Qf 为溶液和表面之间的常相位角元件(CPE);Qdl 溶液和基质之间的界面双层的常相位角元件


将各元件参数拟合值列于表4由表4可以看 :不同送粉速率下溶液电阻Rs 无明显变化,表明 环境电导率相对稳定;与基体相比,涂层电阻Rf 所增 加 ,且 在 80g·min-1 送 粉 速 率 下 达 到 最 大 , 721Ω·cm2极化电阻Rp(Rp=Rf+Rct)层表 面电极反应的电荷转移电阻,的腐率成反比[26]随着送粉速率的增大,极化电阻逐渐 增大,在 送 粉 速 率 为 80 g·min-1 , 3.59·cm2,这说明此时的耐腐蚀结果与之前对 Nyquist曲线和 Bode图的分析结果 一致

3 结 论 

(1)Mo2NiB2 粉末为原料,采用等离子喷涂 法在 Q235钢表面Mo2NiB2 , 3种送粉速率(40,60,80g·min-1)Mo2NiB2 陶 瓷 相MoNi4 MoB2 组成

(2)不同送粉速率下 Mo2NiB2 涂层的硬度均 高于基体硬度;随着送粉速率的增大,Mo2NiB2 ,60g·min-1,2107HV, 29.23MPa

(3)在质量分数为 3.5% NaCl溶液中浸泡 2h,随着送粉速率的增大,Mo2NiB2 自腐 蚀电位和极化电阻增大,自腐蚀电,蚀性能提高;不同送粉速率下涂层的耐腐蚀性能均 优于 Q235钢基体;当送粉速率为 80g·min-1 , Mo2NiB2 涂层的耐腐蚀性能最佳,其自度为0.9139×10-5 A·cm-2,极化电阻为3.59· cm2。 


参考文献:

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