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Ce对Cu-14Al-X粉体涂层组织和摩擦磨损性能的影响
摘要：
本文研究了Ce对Cu-14Al-X(X为不同含量的Ce，分别为0.5wt%、1wt%和2wt%)粉体涂层组织和摩擦磨损性能的影响。采用等离子喷涂技术将粉体涂层制备在303不锈钢基体上，通过扫描电子显微镜、X射线衍射、显微硬度计和摩擦磨损试验机等手段分析了涂层的组织结构和摩擦磨损性能。研究结果表明，添加Ce后，CuAl相的形貌发生了显著变化，呈现更加细小的分散，且在晶界出现了显著的尺寸效应。同时，涂层硬度和抗磨性能也明显提升，且随着Ce含量的增加而增加。这种增强的硬度和抗磨性能主要归因于Ce元素对CuAl相的细化效应和晶界的强化作用。因此，Ce对Cu-14Al-X粉体涂层具有显著的影响，可以提高其摩擦磨损性能。
关键词：Ce；Cu-14Al-X；粉体涂层；组织结构；摩擦磨损性能
1.引言
粉体涂层是一种重要的表面修饰技术，可以通过在基体表面形成一层功能性涂层来改善材料的性能。Cu-14Al合金是一种具有良好力学性能和高温稳定性的金属基合金，具有广泛的应用前景。然而，Cu-14Al合金的低硬度和较高的摩擦系数限制了其在工程领域的应用。因此，通过粉体涂层技术对Cu-14Al合金进行改性是一种有效的方法。
在前期的研究中，已经有学者通过添加稀土元素对Cu-14Al合金进行改性，并取得了一定的效果。稀土元素具有细化晶粒和改善材料力学性能的能力。在这些稀土元素中，Ce因其较高的活性和丰富的资源成为了研究的重点。然而，目前关于Ce对Cu-14Al-X粉体涂层组织和摩擦磨损性能的影响的研究还比较有限。
本文旨在研究Ce对Cu-14Al-X粉体涂层组织和摩擦磨损性能的影响，为进一步了解Ce在Cu-14Al合金中的作用机制提供理论依据。
2.实验方法
2.1材料制备
粉体涂层采用等离子喷涂技术制备，基体选用303不锈钢。Ce的含量分别为0.5wt%、1wt%和2wt%。制备的涂层样品均进行了后处理，包括固溶化和时效处理。
2.2表征方法
通过扫描电子显微镜(SEM)和能量分散X射线谱(EDX)观察和分析涂层的形貌和元素分布情况。通过X射线衍射(XRD)分析涂层的相组成和晶体结构。通过显微硬度计测量涂层的硬度。通过摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦系数和磨损率。
3.结果与讨论
3.1涂层的形貌和组织结构
SEM和EDX结果显示，添加Ce后，CuAl相呈现出细小的颗粒状分布，并在晶界处形成了显著的尺寸效应。这是由于Ce的加入导致了CuAl相的细化效应，使得晶粒尺寸减小。
XRD结果显示，添加Ce后，涂层的相组成没有发生明显变化。CuAl相依然是主要相，但添加Ce后CuAl相的晶格常数略有增加。
3.2涂层的硬度和抗磨性能
显微硬度计测试结果显示，添加Ce后，涂层的硬度明显提高。随着Ce含量的增加，涂层的硬度也逐渐增加。这是由于添加Ce导致了CuAl相的细化，使得涂层的显微硬度提高。
摩擦磨损试验结果表明，添加Ce后，涂层的摩擦系数和磨损率显著降低。随着Ce含量的增加，涂层的摩擦系数和磨损率进一步降低。这是由于Ce的加入有助于形成更加致密和均匀的涂层，提高了涂层表面的抗磨性能。
4.结论
本文研究了Ce对Cu-14Al-X粉体涂层组织和摩擦磨损性能的影响。实验结果表明，Ce的加入使得CuAl相的形貌更加细小，涂层的硬度和抗磨性能也明显提高。这主要归因于Ce的细化效应和晶界强化作用。因此，Ce对Cu-14Al-X粉体涂层具有显著的影响，能够提高其摩擦磨损性能。