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低碳钢表面钨极氩弧堆焊多元合金粉末涂层组织与耐磨性能研究
摘要
为提高低碳钢表面的耐磨性能，本文采用钨极氩弧堆焊技术制备了多元合金粉末涂层，研究了不同焊接参数下涂层的组织结构和耐磨性能。结果表明，涂层组织由钨、铁、镍、硅、钼等多种元素构成，具有均匀的晶粒分布和高硬度，其耐磨性能比未涂层低碳钢显著提高。在焊接参数方面，堆焊电流和电压的增加可以提高涂层的硬度和耐磨性能。本文的研究为低碳钢表面涂层的制备和耐磨性能提高提供了有效的思路和方法。
关键词：低碳钢；钨极氩弧堆焊；多元合金粉末涂层；组织结构；耐磨性能
Abstract
Inordertoimprovethewearresistanceoflowcarbonsteelsurface,thispaperusestungstenelectrodeargonarcweldingtechnologytopreparemulti-elementalloypowdercoating,andstudiesthecoatingstructureandwearresistanceunderdifferentweldingparameters.Theresultsshowthatthecoatingstructureiscomposedoftungsten,iron,nickel,silicon,molybdenumandotherelements,withuniformgraindistributionandhighhardness,anditswearresistanceissignificantlyimprovedcomparedwiththeuncoatedlowcarbonsteel.Intermsofweldingparameters,theincreaseofweldingcurrentandvoltagecanimprovethehardnessandwearresistanceofthecoating.Theresearchinthispaperprovidesaneffectiveideaandmethodforthepreparationandimprovementofthewearresistanceoflowcarbonsteelsurfacecoating.
Keywords:lowcarbonsteel;tungstenelectrodeargonarcwelding;multi-elementalloypowdercoating;structure;wearresistance
1.引言
低碳钢是一种广泛应用的金属材料，其韧性和可加工性良好，但由于材料本身的性质，其使用寿命和耐磨性能相对较低。因此，对低碳钢表面的涂层技术研究和应用具有重要的意义。近年来，随着科学技术的不断发展，多元合金粉末涂层技术得到了广泛的应用。这种涂层具有高硬度、高耐磨性、高抗腐蚀等特点，可以有效地提高材料的使用寿命和抗磨损性能。
本文采用钨极氩弧堆焊技术制备了多元合金粉末涂层，研究了不同焊接参数下涂层的组织结构和耐磨性能。通过对涂层的扫描电镜观察、能谱分析、显微硬度测试等方法，探讨了涂层的表面形态、元素组成、晶粒大小、硬度等特性。同时，还通过磨损试验和接触角测量等方法，探讨了涂层的耐磨性能和表面润湿性。
2.实验方法
2.1实验材料
实验采用的材料为S20C低碳钢板，其化学成分如表1所示：
表1低碳钢化学成分
元素CSiMnPS
含量/%0.18-0.230.15-0.350.30-0.60≤0.030≤0.035
2.2实验设备和试剂
本实验使用的设备主要有钨极氩弧焊机、磨损试验机、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计等。
实验使用的试剂为多元合金粉末，其化学成分如表2所示：
表2多元合金粉末化学成分
元素WFeNiSiMo
含量/%25-351-55-151-31-3
2.3实验步骤
2.3.1涂层制备
将多元合金粉末均匀喷涂在低碳钢表面上，并使用钨极氩弧焊机进行堆焊。钨极氩弧堆焊的参数如表3所示：
表3钨极氩弧堆焊参数
参数电流(A)电压(V)气体流量(L/min)气体种类
数值1201612Ar
2.3.2表面性质测试
使用扫描电子显微镜(SEM)观察样品表面形态，使用X射线衍射仪(XRD)进行元素分析和晶体结构分析，使用显微硬度计进行硬度测试。
2.3.3耐磨性能测试
使用磨损试验机对未涂层和涂层低碳钢板进行磨损试验，测试摩擦系数和磨损量，并使用接触角测量仪测量样品表面的接触角，评估涂层的表面润湿性。
3.实验结果与分析
3.1涂层表面形态
图1为低碳钢表面的多元合金粉末涂层SEM图像，可以看到涂层比较均匀，表面光滑，没有出现裂纹、凹凸等缺陷，这说明多元合金粉