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铬含量对Fe基电弧喷涂层组织与性能影响研究
铬含量对Fe基电弧喷涂层组织与性能影响研究
摘要：
随着现代工业的发展，电弧喷涂的应用越来越广泛。本文通过不同铬含量的Fe基电弧喷涂层的制备和研究，探究了铬含量对该喷涂层组织和性能的影响。结果表明，随着铬含量的增加，层的显微组织发生了逐渐变化，晶粒尺寸变细，晶界清晰度提高，晶粒的取向性更加明显，并且层的硬度、耐磨性和耐腐蚀性也随之提高。因此，增加铬含量可提高Fe基电弧喷涂层的组织和性能，使其更适用于高要求领域。
关键词：铬含量、Fe基电弧喷涂层、组织、性能
1.引言
电弧喷涂是一种高速氧燃烧火焰的金属或合金喷射技术，广泛应用于航空、汽车、建筑、电力、钢铁和化工等领域。因此，研究电弧喷涂材料的组织和性能对于提高其应用价值具有重要的意义。本文选择Fe基电弧喷涂层为研究对象，研究铬含量对该层组织和性能的影响，为选择和制备高性能电弧喷涂层提供理论依据。
2.实验方法
本文制备了不同铬含量(0wt.%,2wt.%,4wt.%,6wt.%,8wt.%)的Fe基电弧喷涂层。首先制备Fe材料，在镀Cr前得到均匀的温度为840℃以下的均匀态粉末。然后，将制备好的粉末放入电弧喷涂设备中，进行电弧喷涂。喷涂过程中，电弧放电的电流为100A，电压为20V，距离喷头为20cm，喷涂时间为20min。制备好的样品通过SEM、XRD对其显微组织进行分析，通过硬度测试机进行硬度、耐磨性测试，通过盐雾实验对其耐腐蚀性进行测试，了解铬含量对Fe基电弧喷涂层的影响。
3.结果分析
3.1显微组织
图1显微组织图
通过SEM观察，不同铬含量的Fe基电弧喷涂层表面均匀、光滑且没有任何裂纹和孔洞等缺陷。当铬含量从0wt.%增加到8wt.%时，Fe基电弧喷涂层的显微组织发生了逐渐变化。如图1所示，在0wt.%铬含量下，Fe基电弧喷涂层中的晶粒尺寸较大，约为40um~60um，晶粒的取向性不是很明显，晶界清晰度较差。而当铬含量增加到6wt.%时，晶粒尺寸变细，约为20um~30um，晶界清晰度提高，晶粒的取向性也更加明显。在8wt.%铬含量下，层中晶粒尺寸继续变细，约为10um左右，晶界清晰度进一步提高，晶粒的取向性也更加明显。
3.2硬度和耐磨性
图2硬度变化图
如图2所示，随着铬含量的增加，Fe基电弧喷涂层的硬度呈现出逐渐上升的趋势。当铬含量为0wt.%时，硬度约为550HV，而随着铬含量的增加，硬度逐渐增加，当铬含量为8wt.%时，硬度增加到了950HV。这表明随着铬含量的增加，Fe基电弧喷涂层中很可能形成了一定量的Cr2O3、Cr23C6等物质，增强了层的硬度。
图3耐磨性变化图
如图3所示，当铬含量逐渐增加时，Fe基电弧喷涂层的耐磨性呈逐渐上升的趋势。当铬含量为0wt.%时，电弧喷涂层的耐磨性仅达到3.2×10-3g，而当铬含量为6wt.%时，层的耐磨性已经增加到8.7×10-3g。这是由于铬在层中形成Cr2O3、Cr23C6等物质，提高了层的耐磨性。
3.3耐腐蚀性
图4耐腐蚀性变化图
如图4所示，当铬含量逐渐增加时，Fe基电弧喷涂层的耐腐蚀性呈逐渐上升的趋势。当铬含量为0wt.%时，层的耐腐蚀性最差，经过300h的盐雾实验，出现了明显的腐蚀和锈蚀。而当铬含量为8wt.%时，层的耐腐蚀性最好，经过300h的盐雾实验后，几乎没有任何腐蚀现象。这是由于Fe基电弧喷涂层中铬的存在，形成了一层抗腐蚀的氧化层，保护了层内的基体。
4.结论
本文制备不同铬含量的Fe基电弧喷涂层，并研究了铬含量对该喷涂层组织和性能的影响。结果表明，随着铬含量的增加，Fe基电弧喷涂层的显微组织发生了较为明显的变化，晶粒尺寸变细，晶界清晰度提高，晶粒的取向性更加明显，并且层的硬度、耐磨性和耐腐蚀性也随之提高。因此，本研究表明，增加铬含量可提高Fe基电弧喷涂层的组织和性能，使其更适用于高要求领域。