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采用焊条电弧堆焊原位合成TiB₂/Fe涂层研究

作　者: 王凤会
导　师: 王惜宝
学　校: 天津大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 金属基复合涂层焊条电弧堆焊 TiB2 电化学腐蚀高碳铬铁
分类号: TG455
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

金属基复合材料综合了金属基体和增强相的优点，在航空航天、军工和汽车等工业领域具有十分广阔的应用前景。硼化物陶瓷中的TiB₂陶瓷具有高熔点、高化学稳定性、高硬度、高弹性模量、良好的相容性以及耐磨损等优异性能，广泛作为增强相应用于金属基复合材料中。然而，以往制备含TiB₂增强相金属基复合涂层的工艺具有很多的不足之处，例如涂层中增强相分布不均匀、涂层制备重复性差、难以获得大厚度涂层、难以保证涂层的良好成形以及制备工艺复杂成本高昂等，成为制约该金属基复合涂层应用的一大难题。本课题采用焊条电弧堆焊工艺探索原位合成制备含TiB₂陶瓷相的Fe基堆焊层。采用一定配比的Fe-Ti粉末和B₄C粉末的混合物作为药皮搓制成焊条，用于堆焊层的制备。综合制备得到的堆焊层的表面成形、组织和性能，认为这种制备工艺可以用来制备大厚度的、与基体结合牢固的含TiB₂陶瓷相的致密堆焊层。通过热力学计算分析可知，原位合成过程中是否能生成TiC增强相，取决于堆焊层中Ti/B₄C比值的大小。研究发现，当增大焊条药皮重量系数时，由于形成的堆焊层中高硬度的TiB₂相和Fe₂B相所占的比例增大，堆焊层的硬度增大。采用焊条电弧堆焊工艺能够制备6mm厚度左右的TiB₂/Fe堆焊层，堆焊层组织稳定且增强相分布均匀，制备工艺还具有重复性好和工艺简单成本低的优点，具有很好的应用前景。为了提高堆焊层的耐腐蚀性能，本课题探索焊条药皮中添加高碳铬铁对堆焊层的影响。研究发现，随着药皮中高碳铬铁的添加，堆焊层组织中的白色硼化物相逐渐增多，且堆焊层中的TiB₂增强相逐渐被TiC替代，直至TiB₂的消失，形成只含有TiC增强相的堆焊层。随着焊条药皮中高碳铬铁添加量的增加，堆焊层的硬度和耐腐蚀性能都逐渐提高。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-19
  1.1 课题研究背景及意义  7
  1.2 国内外研究现状  7-17
    1.2.1 金属基陶瓷复合涂层的特点  7-9
    1.2.2 复合涂层的金属基体  9-11
    1.2.3 复合涂层的增强体  11-12
    1.2.4 复合涂层的原位合成  12-15
    1.2.5 本课题组金属基复合涂层研究  15-17
  1.3 本课题研究的内容  17-19
第二章试验原理与试验方法  19-24
  2.1 试验材料  19
  2.2 试验设备  19-20
  2.3 试验方案  20-21
  2.4 试验方法  21-23
    2.4.1 试验准备  21
    2.4.2 堆焊操作  21-22
    2.4.3 试样制备  22
    2.4.4 分析方法  22-23
  2.5 本章小结  23-24
第三章含 TiB_2增强相的 Fe 基堆焊层的制备  24-42
  3.1 Fe 基 TiB_2陶瓷涂层的制备  24-30
    3.1.1 堆焊层的宏观形貌  25-26
    3.1.2 堆焊层的显微组织分析  26-30
  3.2 热力学分析  30-35
    3.2.1 堆焊层热力学分析  30-32
    3.2.2 TiB_2增强相生成热力学分析  32-34
    3.2.3 硼化物生成热力学分析  34-35
  3.3 稀释率对堆焊层的影响  35-39
    3.3.1 堆焊稀释率的影响因素及控制措施  36
    3.3.2 堆焊稀释率的计算  36-37
    3.3.3 稀释率对组织的影响  37-39
  3.4 堆焊层横截面的硬度分析  39-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章高碳铬铁对堆焊层的组织与性能影响  42-51
  4.1 高碳铬铁对堆焊层组织的影响  42-48
    4.1.1 堆焊涂层中增强相的变化  42-46
    4.1.2 高碳铬铁添加对堆焊层增强相的影响热力学分析  46-48
  4.2 高碳铬铁的添加对堆焊层硬度的影响  48
  4.3 高碳铬铁对涂层耐蚀性能的影响  48-50
  4.4 本章小结  50-51
第五章结论  51-52
参考文献  52-56
发表论文和参加科研情况说明  56-57
致谢  57

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