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电弧喷涂马氏体不锈钢涂层的组织与性能研究

【摘要】: 机械零件的磨损普遍存在,机械零件磨损所造成的能源与材料的损失非常巨大。磨损严重地降低了机械设备的性能、可靠性以及使用寿命。电弧喷涂马氏体不锈钢涂层可以有效地修复各种因磨损引起的尺寸超差、强化材料表面以及提高机械设备的服役寿命。而且,电弧喷涂马氏体不锈钢技术还可用于多种模具的快速制造。 本课题选取了1Cr13,3Cr13,4Cr13和7Cr13四种不同含碳量的马氏体不锈钢作为喷涂材料,分别采用不同的电弧喷涂工艺参数获得了相应的涂层。通过对这些涂层试件的湿砂橡胶轮磨损试验和喷砂吹蚀试验,研究了电弧喷涂工艺参数对涂层耐磨性的影响。分别运用锡焊,银钎焊和氩弧焊三种焊接方法对4Cr13不锈钢涂层的焊接性进行了研究,寻找合适的焊接工艺。本文借助于扫描电子显微镜、微区能谱分析以及X射线衍射分析,研究分析了电弧喷涂马氏体不锈钢涂层的微观组织结构与涂层焊接接头的微观组织。通过一系列的力学性能测试,测定了涂层与基体的结合强度、焊接接头的结合强度,涂层的自身抗拉强度以及涂层的硬度。 实验结果表明:随着喷涂电流的增大,涂层耐磨损性能增强;随着喷涂电压提高,涂层耐磨损性能下降;随着喷涂距离增加,涂层耐磨损性能下降;涂层的硬度随喷涂距离增大而减小;同一电弧喷涂工艺参数下,随喷涂材料中含碳量的增加,涂层的耐磨损性增强。涂层表面磨光后可以明显改善钎焊的工艺性能。银钎焊可以很好地连接磨光后的碳钢基体与马氏体不锈钢涂层,在马氏体不锈钢涂层表面再喷涂一层碳钢涂层有助于提高涂层锡焊的可靠性。锡钎焊和银钎焊接头的抗拉结合强度都高于涂层的层间结合强度。4Cr13涂层与基体金属的平均结合强度为26.9MPa,涂层的自结合强度平均为129.95MPa。在相同电弧喷涂工艺参数下,喷涂丝材的含碳量越高,涂层的维氏硬度越高;7Cr13涂层的平均硬度439.88HV,3Cr13涂层平均硬度379.01HV,1Cr13涂层平均硬度281.08HV。

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