基于原位反应冷喷FeAl金属间化合物基金属陶瓷涂层形成机制

项目围绕冷喷致密FeAl基金属陶瓷涂层的结构形成机制，研究了球磨工艺及粉末结构等因素对亚稳结构Fe(Al)固溶体基复合粉末粒子参数及冷喷沉积特性的影响，研究了涂层热处理过程中Fe(Al)向FeAl原位转变、涂层结构演变机制及粉末结构、热处理温度对冷喷FeAl金属间化合物基金属陶瓷涂层结构和性能的影响。研究发现：延长球磨时间，Al原子向Fe晶格扩散形成层状结构纳米晶Fe（Al）固溶体，随着陶瓷颗粒含量增加，Fe（Al）基复合粉末粒度减小，组织细化加剧，适当球料比和高转速有利于加速Fe（Al）基复合粉末的机械合金化过程。随着基体硬度增加，粒子变形程度增加，嵌入基体深度减小，粒子形态由完整球状演化为带有部分飞溅的扁平状。冷喷Fe(Al)基复合涂层组织致密，相结构与喷涂粉末相同。冷喷Fe(Al)基复合涂层在650℃热处理后，Fe（Al）转变为纳米晶FeAl，随着热处理温度升高FeAl晶粒尺寸增加，涂层组织改善；950℃热处理后，冷喷FeAl-WC金属陶瓷涂层与1Cr18Ni9Ti基体在界面发生互扩散,Cr元素促使WC颗粒与FeAl基体发生固态冶金反应，并使WC颗粒发生团聚长大，扩散到基体中的Al元素则以Al（Ni,Cr）金属间化合物颗粒析出。喷涂参数对冷喷Fe(Al)基复合涂层显微硬度影响较大；随着WC陶瓷相含量（10%、20%、40%）增加，Fe(Al)-WC复合涂层显微硬度增加，耐磨损性能提高。Fe(Al)-40WC复合涂层的硬度高达1030HV0.3，接近传统热喷涂WC-12Co涂层的硬度,Fe(Al)-60WC复合涂层的磨损失重量仅为相同磨损条件下316L不锈钢的1/5。冷喷FeAl-WC涂层在650℃热处理后，其断裂韧性与喷涂态相比有所降低，但在850℃热处理后断裂韧性显著提高；冷喷FeAl-WC在650℃热处理后其磨损量最低，继续增加热处理温度，磨损量变化不大；随着WC陶瓷相含量增加，FeAl-WC涂层的硬度不断增加，850℃热处理后FeAl-40WC涂层硬度高达1160HV0.3；随着WC陶瓷相含量增加，冷喷FeAl-WC涂层断裂韧性显著降低，在850热处理后FeAl-10WC涂层的断裂韧性高达15MPa.m1/2，而FeAl-40WC涂层仅为4MPa.m1/2。