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等离子束表面冶金高硅涂层研究

作　者: 张阿莉
导　师: 李惠琪
学　校: 山东科技大学
专　业: 材料学
关键词: 等离子束表面冶金高硅涂层显微组织软磁性能抗高温氧化性能
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文在大量调研和理论分析的背景下,依据合金设计的原则,设计出Fe-Si系、Fe-Si-B系高硅涂层合金粉末,应用高能等离子束作为加热源,采用同步送粉方式,在Q235低碳钢基体上制备等离子束表面冶金高硅涂层。论文探讨了等离子束表面冶金过程,它是一个快速非平衡结晶过程,随着等离子炬的移动,合金熔池的形成与凝固同时进行。合金粉末不断进入熔池内形成熔体而熔化；在熔池的后半部分,液态金属不断凝固结晶,因此可将表面冶金过程看作一个分阶段、连续反应的过程。详细分析了等离子束表面冶金熔池的凝固机理、凝固特征及对凝固组织的影响。应用配有能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD),分析了Fe-Si系、Fe-Si-B系高硅涂层的显微组织特征、微区成分及物相组成；应用显微硬度计、振动样品磁强计(VSM)测试分析Fe-Si系、Fe-Si-B系高硅涂层的显微硬度和软磁性能,并探讨了涂层显微组织及合金元素含量对软磁性能的影响；最后应用TGA/DSC1同步热分析仪测试分析Fe-Si-B系高硅涂层的抗高温氧化性能,初步研究了涂层在100℃～1200℃空气中的程序控制升温氧化行为及机理。结果表明：等离子束表面冶金Fe-Si系高硅涂层与基体无明显过渡,Fe-Si-B系高硅涂层与基体间产生明显过渡的白亮带平面晶组织,随着与基体距离的增大,从底层的粗大树枝晶过渡到表层的等轴晶和细小树枝晶组织。冶金层由α-Fe、Fe3Si、Fe5Si3、FeSi2、FeB、Fe5SiB2相组成。涂层硅含量、硼含量(<3.8%)越高,涂层显微组织越均匀细小、显微硬度值越高、软磁性能越好。等离子束表面冶金Fe-Si-B系高硅涂层硬度远高于基体,冶金层到基体的显微硬度分布与硅元素含量的分布一致,含硅15%,含硼3.8%的9#试样次表层显微硬度最高926HV0.3,9#涂层矫顽力0.031KOe,最大比饱和磁化强度101emu/g、剩余比饱和磁化强度仅0.76emu/g,矩形比0.008,综合软磁性能最佳。9#和10#涂层氧化加剧起始温度分别为880℃、962℃。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-12
引言  12-13
1 文献综述  13-26
  1.1 表面改性技术  13-15
  1.2 表面涂层技术  15-21
  1.3 国内夕隔究现状  21-24
  1.4 本课题的提出及研究意义  24-26
2 试验材料及测试分析方法  26-32
  2.1 试验设备及性能参数  26-28
  2.2 试验材料  28
  2.3 试样的制备  28-29
  2.4 组织观察与成分分析  29-30
  2.5 显微硬度测试  30
  2.6 软磁性能测试  30-31
  2.7 TGA/DSC涂层抗高温氧化性能测试  31-32
3 等离子束表面冶金高硅涂层专用粉末的研制  32-38
  3.1 粉末体系概述  32-33
  3.2 等离子束表面冶金高硅涂层合金设计  33-38
4 等离子束表面冶金高硅涂层结晶过程研究  38-48
  4.1 结晶的一般规律  38-41
  4.2 等离子束表面冶金过程分析  41-44
  4.3 等离子束表面冶金凝固机理分析  44-47
  4.4 本章小结  47-48
5 等离子束表面冶金高硅涂层组织、成分及物相分析  48-60
  5.1 等离子束表面冶金Fe-Si系高硅涂层组织形貌及物相分析  48-53
  5.2 等离子束表面冶金Fe-Si-B系高硅涂层组织、成分及物相分析  53-59
  5.3 本章小结  59-60
6 等离子束表面冶金高硅涂层性能研究  60-74
  6.1 等离子束表面冶金高硅涂层显微硬度分析  60-62
  6.2 等离子束表面冶金高硅涂层软磁性能研究  62-68
  6.3 等离子束表面冶金高硅涂层抗高温氧化性能研究  68-73
  6.4 本章小结  73-74
7 结论  74-76
致谢  76-77
参考文献  77-81
在学期间研究成果  81

等离子束表面冶金高硅涂层研究

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