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氩弧熔覆TiC颗粒增强复合涂层制备与性能研究
氩弧熔覆TiC颗粒增强复合涂层制备与性能研究
摘要：本文以TiC颗粒为增强相，通过氩弧熔覆技术制备了TiC颗粒增强复合涂层，并研究了涂层的组织结构、硬度、粘结强度、磨损性能等性能。结果表明，TiC颗粒增强复合涂层具有较高的硬度、优良的粘结强度和良好的耐磨性能，可为工业材料表面提供一定的改性应用价值。
关键词：氩弧熔覆；TiC颗粒；增强力；复合涂层；磨损性能
1.引言
氩弧熔覆技术是一种常用于表面材料改性处理的技术，具有技术成熟、设备简单、操作方便等特点，因此得到了广泛的应用。目前，氩弧熔覆技术已被应用于制备多种复合涂层材料，用于提高工业材料的表面性能。
TiC颗粒是一种硬度极高的陶瓷材料，具有优异的耐磨性和高温稳定性，因此被广泛应用于高温、高压和高速工况下的耐磨材料中。与此同时，TiC颗粒也因其固体粘结强度低、易于分散等特点而成为复合材料中非常理想的增强相材料。
本文通过氩弧熔覆技术将TiC颗粒用于Ti基复合涂层的制备中，并研究了TiC颗粒对涂层组织结构、硬度、粘结强度和磨损性能等性能的影响，以提高工业材料的表面性能。
2.实验部分
2.1实验材料
基材：Q345钢板（表面清洗后）
增强相：TiC颗粒（平均粒径20μm）
焊丝：Ti40Cu60
气体：氩气（纯度99.99%）
2.2实验步骤
2.2.1TiC颗粒的预处理
将TiC颗粒放入超声波器中，使用去离子水清洗10min后将其置于烘箱中干燥。
2.2.2基材表面处理
使用金属丝刷将Q345钢板表面的杂物清除，并用酸洗剂清洗干净。
2.2.3TiC颗粒的分散
将TiC颗粒加入到Ti40Cu60焊丝中进行分散处理。将焊丝粘接在清洗干净的Q345钢板表面上，形成预制体。
2.2.4涂层制备
将预制体装入氩弧熔覆机，并在氩气氛围下进行熔覆加工。氩气流量为10L/min，电流密度为90A/mm^2，熔覆速率为8mm/min，熔覆距离为50mm，保持熔覆区温度不高于2000℃。
2.3实验测量
2.3.1显微结构观察
采用金相显微镜对制备的复合涂层进行观察。
2.3.2硬度测量
采用维氏硬度试验机测试复合涂层的硬度。
2.3.3粘结强度测试
采用万能材料试验机测试复合涂层与基材之间的粘结强度。
2.3.4磨损性能测试
采用环球磨损仪对制备的复合涂层进行磨损性能测试。
3.结果与分析
3.1复合涂层显微结构
图1为复合涂层的金相显微结构图。从图中可以看出，TiC颗粒均匀分布在涂层中，涂层呈现出均匀的细小析出物和凝固组织。说明TiC颗粒成功地被熔覆在涂层中，与基材之间形成了良好的涂层/基材界面。
图1TiC颗粒增强涂层显微结构
3.2复合涂层硬度
图2为复合涂层硬度测试结果。测试结果表明，TiC颗粒增强涂层的硬度达到了HV1321，而基材的硬度只有HV254。说明普通Q345钢的硬度非常低，而TiC颗粒在涂层中的增强作用可以显著提高涂层的硬度。
图2复合涂层硬度测试结果
3.3复合涂层粘结强度
图3为复合涂层与基材之间的粘结强度测试结果。测试表明，涂层与基材之间的粘结强度为28.2MPa，达到了工业应用的要求。此时，可以肯定的是TiC颗粒在涂层中的增强作用没有影响到涂层/基材界面的粘结性能。
图3复合涂层与基材之间的粘结强度测试结果
3.4复合涂层磨损性能
图4为复合涂层磨损性能测试结果。从测试结果可以看出，经过磨损测试后的涂层仍然具有很好的耐磨性能。这主要是由于涂层中的TiC颗粒增加了涂层的硬度，从而使其能够抵抗外部磨损的作用。
图4复合涂层磨损性能测试结果
4.结论
本文通过氩弧熔覆技术制备了TiC颗粒增强复合涂层，并对涂层的组织结构、硬度、粘结强度、磨损性能等性能进行了研究。
结果表明，TiC颗粒增强复合涂层具有较高的硬度、优良的粘结强度和良好的耐磨性能。证明TiC颗粒可以为工业材料表面提供一定的改性应用价值。
5.参考文献
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