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1、反应火焰喷涂TiC／Fe金属陶瓷复合涂层的组织结构第29卷第6期2007年6月北京科技大学JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijingVO1.29No.6Jun.2007反应火焰喷涂TiC/Fe金属陶瓷复合涂层的组织结构李志文刘长松1,2黄继华21)青岛理工大学机械工程学院,青岛2660332)北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083摘要采用钛铁矿粉,石墨粉和铁粉为主要原料,利用反应火焰喷涂技术成功制备了TiC/Fe金属陶瓷复合涂层.采用x射线衍射仪,扫描电镜,透射电镜等手段,研究了涂层的显微组织结构
2、.结果表明,反应火焰喷涂TiC/Fe复合涂层主要由TiC和Fe两相组成.涂层具有多层多相的结构,即由TiC含量不同的片层交替叠加而成;在富TiC片层中,大量的,比较细小的(粒度小于0.5"m),大致呈球形的TiC颗粒弥散分布在Fe基体上.这种显微组织结构有利于改善金属陶瓷涂层的耐磨性能.关键词金属陶瓷;涂层;TiC/Fe;显微结构;自蔓延高温合成(SHS)分类号TG174金属陶瓷复合涂层,尤其碳化物/金属复合涂层.在冶金,矿山,石油和化工等领域的耐磨件的制造和修复中广泛应用.在传统热喷涂技术中,陶瓷相通常采用外加复合(或混和)的方式预制在喷涂粉末或丝材中,涂层
3、中陶瓷相往往分布不均匀,粒度较大,陶瓷/金属结合界面易受污染,影响了金属陶瓷涂层的性能【1-3J.将自蔓延高温合成技术(self-propagationhigh—temperaturesynthesis,简称SHS)与常规热喷涂技术相结合,在热喷涂过程中,充分利用反应喷涂粉末(或丝材)的SHS反应及其放热,发展反应热喷涂技术,为制备性能优异的金属陶瓷涂层提供了一种新的方法和思路[4-9J.SHS与氧乙炔火焰粉末喷涂技术相结合,目前已经研究了Fe-Ti-C{9l,Cr-Fe—Ti—C【10],A1一Fe—Ti—C【11J体系的反应火焰喷涂技术(reactivef
4、lamespray,简称RFS).其中,着重研究了以钛铁,石墨和铁粉为原料制备TiC/Fe涂层的反应火焰喷涂技术,主要包括喷涂过程的反应机理[12],涂层的耐磨性能[]及成分参数对涂层性能的影响[H],并对喷涂过程的热力学进行了分析【l5].本文研究了反应火焰喷涂TiC/Fe涂层的显微结构.以揭示涂层性能,组织及结构之间的关系.1实验过程实验选用钛铁矿粉(辽宁铁合金厂),铁粉(辽宁铁合金厂)和胶体石墨粉(上海胶体石墨厂,粒度为4m)为基本原料.首先把铁粉和钛铁粉在酒精介质中分别球磨若干时间,球磨后钛铁粉的平均粒度为4.83m,铁粉为21.91m.经干燥后,三种
5、粉末再按组成要求,干混24h,球料质量比为3:1,球磨机转速为120r?min～.混料经干燥后,加入适量聚乙烯醇水溶液,再用机械团聚法制粒,经筛分得到符合喷涂要求的喷涂粉末.采用CP—D3型普通氧乙炔火焰喷枪(成都长诚热喷涂技术研究所),基体材料为45#钢,反应火焰喷涂粉末的主要成分及其制备工艺见表1.由于表1反应火焰喷涂TiC/Fe及传统火焰喷涂WC/Ni45涂层所用喷涂粉末Table1Conditionsofspraypowderforreactiveandtraditionalflamesprayedcoatings注:1)Ni45的主要成分(质量分数,
6、%):C0.3-0.6,Cr14--18,B2.0--3.5,Si3.5～4.5,Fe<10,Co8.0～12,Nj余量;2)钛铁矿主要成分(质量分数,%):Tj65.12,Si1.5,A10.51,S0.022,P0.025,C0.15,Fe余量.收稿日期:2006—02-20修回日期:2006~)6-29基金项目:山东省教育厅重大项目(No.J05D08);河南省杰出人才创新基金资助项目(N0.0421001000)和青岛市科技发展计划项目(No.05—1一Jc一89)作者简介:李志文(1969一),女,工程师,硕士TiC的熔点高,在喷涂过程中难以熔
7、化,含有TiC陶瓷相的金属陶瓷喷涂粉末尚未得到商业化,因此实验中选用已商业化的wc/Ni45金属陶瓷喷涂粉末(中国矿业研究院)作为对比试样,其主要成分及制备工艺见表1.用x射线衍射仪(型号:Rigaku北京科技大学第29卷RAD—C)分析涂层的相组成,用S一250扫描电镜和H一800透射电镜观察涂层的显微形貌.2结果及讨论以钛,铁,碳为主要组分的喷涂粉末,在氧乙炔火焰焰流(主要含有N2和O2等)的作用下,可能会发生如下反应.①Ti与C的放热反应:Ti+C—一TiC,AH=+184ld?tool;②Ti的氧化反应:Ti+02一TiO;③Ti的氮化反应:Ti+N2
8、—一TiN;④TiC的氧化反应:TiC
