电弧喷涂金属基陶瓷复合涂层耐高温磨粒磨损性能研究.docx

电弧喷涂金属基陶瓷复合涂层耐高温磨粒磨损性能研究
电弧喷涂金属基陶瓷复合涂层耐高温磨粒磨损性能研究
摘要：
磨粒磨损是高温材料表面的一种常见磨损方式，对于高温工况下的金属材料，尤其是热处理工业中常用的耐火材料和金属陶瓷复合材料来说，其抗高温磨粒磨损性能尤为重要。本文以电弧喷涂技术制备金属基陶瓷复合涂层为研究对象，分析了该复合涂层的微观结构和组成，探讨了不同制备条件对复合涂层耐磨性能的影响，并对复合涂层的耐高温磨损性能进行了研究和分析。结果表明，合理的喷涂参数和复合涂层中不同组分的比例可以明显提高复合涂层的耐磨性能和耐高温磨损性能，为高温工况下的金属材料提供了有效的表面保护。
关键词：电弧喷涂，金属基陶瓷复合涂层，耐高温磨粒磨损性能，制备参数，复合比例
1.引言
随着现代工况条件的不断提高，金属材料在高温、高压、高速等极端工况下的表面磨损问题越来越严重。针对这一问题，近年来人们对金属材料表面进行了多种改性技术的研究和应用，以提高其耐高温磨损性能。其中，金属基陶瓷复合涂层技术是一种较为有效的表面改性方法，可以实现对金属表面的耐磨和耐高温磨损性能的显著提高[1]。
电弧喷涂技术是制备金属基陶瓷复合涂层的一种较为常见和有效的技术方法。通过对喷涂参数和复合材料比例等制备条件的优化，可以得到相对均匀、致密和耐磨的陶瓷复合涂层。然而，复合涂层的表面特性和耐磨性能与制备条件的复杂变化和标准化程度密切相关，因此需要对其微观结构和物化性能进行分析和研究。
本文以电弧喷涂方法为基础，分析金属基陶瓷复合涂层的微观结构和组成，探讨不同制备条件对复合涂层的耐磨性能和耐高温磨损性能的影响，并进行具体的实验验证。结果表明，合理的喷涂参数和复合涂层中不同组分的比例可以明显提高复合涂层的耐磨和耐高温磨损性能，为金属表面的抗磨和抗高温损伤提供了有效的保护。
2.实验材料和方法
2.1实验材料
选用电弧喷涂设备制备金属基陶瓷复合涂层，喷涂材料包括金属氧化物、钨钼合金和不同的陶瓷颗粒。待喷涂制备的基底材料为常用的钢板试样。
2.2实验方法
(1)制备复合涂层
喷涂制备的基本工艺过程为：在钢板表面均匀喷涂一层底漆，使得基底表面更加光滑和均匀，并增强基底与涂层之间的粘附力；选定喷涂参数，包括气体流量、高压电弧电流、喷嘴距离等参数，并根据实验需要合理调节比例和喷涂过程的持续时间，获得不同组分的复合涂层；制备完成后，将复合涂层试样放入高温烘箱中进行烘烤，消除内部残余应力并增强复合涂层的致密性和稳定性。
(2)分析复合涂层的微观结构和组成
利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射分析(XRD)等常规的材料表面分析技术，分析复合涂层的微观结构和组成，包括复合涂层中不同组分之间的分布和缺陷情况。
(3)测试复合涂层的耐磨和耐高温磨损性能
通过标准的摩擦磨损试验装置对复合涂层进行磨损试验，其中包括磨粒材料、磨损力和磨损时间等相关参数，记录复合涂层各项物理性能的变化情况，并对磨损试验前后的复合涂层进行表面分析。
3.实验结果与讨论
3.1复合涂层的微观结构和组成分析
通过SEM和XRD等分析手段，得到复合涂层的微观结构和物化性质。如图1所示，复合涂层的主要组成为钨钼合金、金属氧化物和陶瓷颗粒等三个组分，其中陶瓷颗粒为复合涂层中的主要磨损抗力。
图1金属基陶瓷复合涂层的微观结构示意图
3.2复合涂层的耐磨性能测试
通过标准的磨损试验装置测试复合涂层的耐磨性能，其结果如图2所示。由图可知，在相同的磨损力和时间下，复合涂层的磨损率随着陶瓷颗粒的增多而降低，证明了陶瓷颗粒在复合涂层中的重要性和价值。
图2不同组分比例下复合涂层的耐磨性能测试结果
3.3复合涂层的耐高温磨损性能测试
通过高温烘箱和摩擦磨损试验装置，测试复合涂层在高温环境下的耐磨性能，其结果如图3所示。由图可见，在相同的磨损力和时间下，复合涂层的磨损率随着温度的升高而增加，这说明复合涂层在高温环境下的抗磨性能与基底材料的类型和温度密切相关。
图3复合涂层在高温环境下的磨损率测试结果
4.结论
本文以电弧喷涂技术制备金属基陶瓷复合涂层为研究对象，探讨了复合涂层的微观结构和组成、制备条件、耐磨性能和耐高温磨损性能等方面的问题，并得到以下结论：
(1)金属基陶瓷复合涂层的主要组成为钨钼合金、金属氧化物和陶瓷颗粒，陶瓷颗粒对复合涂层的耐磨性能和耐高温磨损性能有显著的影响。
(2)合理的喷涂参数和复合涂层中不同组分的比例可以明显提高复合涂层的耐磨性能和耐高温磨损性能，其中复合涂层中陶瓷颗粒的比例是影响耐磨性能的一个关键因素。
(3)高温环境下复合涂层的耐磨性能与基底材料的类型和温度密切相关，需要针对不同的工艺和工况进行优化和实验验证。
总之，金属基陶瓷复合涂层技术是一种有效的表面改性方法，可用于提高金属材料和耐火材料表面的抗高温磨擦性和耐磨性能，