李琪毕业设剂 1(修改稿) 2.doc

JIUJIANG UNIVERSITY

毕 业 设 计

题 目 超音速火焰喷涂TiB2-25Ni涂层组
织结构与耐磨性研究
英文题目 Research on Microstructure and
Wear-resisting Performance of
TiB2-25Ni Coatings Prepared by
High Velocity Oxy-fuel Spraying

院 系 机械与材料工程学院
专 业 材料成型及控制工程
姓 名 李琪
年 级 2009（机材A0951）
指导教师 陈枭

二零一三年六月

摘 要

实际生产中，磨损作为工件失效的主要失效形式之一，它所造成的经济损失是十分巨大的。因此，提高工件的耐磨性延长工件的使用寿命，对于节约生产成本提高生产效率都具有非常重要的意义。目前采用制备表面耐磨涂层来抵抗磨损已成为发展热点。金属陶瓷复合涂层既具有陶瓷的高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化和高的化学稳定性，又具有金属的高韧性和可塑性，是一种较为理想的涂层材料。作为一种特异高温性能的功能材料，TiB2的烧结与喷涂却十分的困难，并且难以获得大厚度（毫米级）的、结合牢固的致密涂层。超音速火焰喷涂作为一种制作高质量涂层的表面强化技术，具有涂层致密及结合强度高等特点，越来越受到国内外各界的重视。本文采用超音速火焰喷涂技术在Q235 钢基体上制备了TiB2-25Ni 涂层，并用ML—100型磨粒磨损试验机测试了涂层的抗磨粒磨损性能。结果表明：在相同的实验条件下，TiB2-25Ni涂层的耐磨性比Q235 钢好，这表明TiB2-25Ni涂层具有优异的耐磨粒磨损性能。

【关键词】超音速火焰喷涂；TiB2-25Ni涂层；耐磨；显微硬度

Abstract

In practice, wearing makes a large amount of lost in industry production，it was used as one of the main forms of expiration. Therefore，how to improve the wear-resistance and increase the service life of the components was very meaningful，also it saved the cost and improved the production efficiency. It became a keystone to fabricate the anti-wear coatings on the surface of the work pieces. Ceramic composite coatings had high hardness, wear resistance, high temperature oxidation, corrosion resistance and high chemical stability. They also had high toughness and plasticity. Therefore, it was a perfect coating material. As a typical boride ceramics, TiB2 ceramics has become a researched hot point because of its high melting point, good chemical stability, high hardness and good resistance to abrasion. As a new technology of producing high quality coating, HVOF spraying is putting an important position all over the world, combined with compact and high strength coated characteristic and the spraying powder is a key of the thermal spraying technology. In this paper, TiB2-25Ni coatings were deposited by HVOF on Q235 steel substrate and use ML-100 type abrasive wear testing machine to test the coating Abrasive performance. The results showed that: in the same experimental conditions, TiB2-25Ni coating wear resistance is more than Q235 steel substance, which indicates that TiB2-25Ni coating has excellent abrasive wear resistance.

【Key words】HVOF；TiB2-25Ni coatings；wear-resisting；microhardness

目 录

前 言······························································1
第一章 概论························································2
1.1 超音速火焰喷涂技术概述···············································2
1.1.1 HVOF喷涂的原理···················································2
1.1.2 HVOF喷涂的优缺点·················································3
1.1.3涂层与基体的结合机理 ··············································4
1.1.4涂层结合的影响因素·················································4
1.2 TiB2涂层的特点·······················································5
1.3 本课题的研究内容及意义··············································5
第二章 实验仪器设备及方法··········································6
2.1 实验材料······························································6
2.2 实验工艺流程··························································6
2.3 超音速火焰喷涂实验设备及工艺参数····································7
2.3.1 超音速火焰喷涂设备·················································7
2.3.2 超音速火焰喷涂涂层制备工艺参数·····································7
2.4 金相制备及组织分析设备··············································8
第三章 不同氧气流量下TiB2-25Ni涂层试样组织结构研究···················9
3.1 概述···································································9
3.2 超音速火焰喷涂制备涂层实验步骤·····································9
3.3 TiB2-25Ni涂层形貌观察分析··········································10
3.2.1 不同氧气流量下TiB2-25Ni涂层表面形貌分析··························10
3.2.2 不同氧气流量下TiB2-25Ni涂层截面形貌分析 ·························11
3.2.3 不同氧气流量下 TiB2-25Ni涂层能谱分析······························13
3.4 不同氧气流量下 TiB2-25Ni涂层物相分析·····························15
3.5 TiB2-25Ni涂层显微硬度测定···········································16
3.6本章小结······························································17
第四章TiB-25Ni涂层耐磨损性能研究····························18
4.1 试验设计·····························································18
4.1.1 试验方案··························································18
4.1.2 试验材料··························································18
4.2 试验结果·····························································18
4.3 TiB2-25Ni涂层磨粒磨损形貌观察分析·································19
4.4本章小结······························································21
结论········································································22
参考文献··························································23
致谢·······························································25
前 言

伴随着火焰喷涂和电弧喷涂快速的快速发展，以及等离子喷涂、超音速火焰喷涂的不断涌现，热喷涂耐磨涂层的应用也越来越广泛了。目前，热喷涂耐磨涂层已经广泛的应用于机械、化工、电力、冶金、采矿、航空、航天等行业关键部件的制造和装备维修中[1]。现代工业技术的发展对于各种工件、相关设备性能的使用要求也越来越高，特别是在高速、高温、高压等恶劣环境下工作的零件。工件、设备的失效通常起始于工件表面，如腐蚀、磨损、高温氧化等，材料表面的局部损坏通常都大大加速了整个机械零件的失效，甚至导致了整套生产设备的停产，对工业生产造成了不可弥补的损失。对于可以延缓和控制表面破坏的表面涂层已经成为解决上述问题的有效方法之一。超音速火焰喷涂(High Velocity Oxy-Fuel，简称HVOF)，是在爆炸喷涂的基础上所发展起来的一项新的喷涂技术，它是将材料加热并雾化成熔化或半熔化的粒子，经加速后撞击材料基体(或已形成的涂层)表面，扁平化后沉积在基体表面形成涂层的工艺方法[2]。超音速火焰喷涂是在20世纪80年代初期首先由美国SKS公司的Browning．J．A公司研制成功的，并推出了名为JET-KOTE的商用喷涂设备，是在继等离子喷涂之后热喷涂工业最具创造性的进展。目前，超音速火焰喷涂在喷涂金属碳化物和金属合金等方面，已逐步的取代了等离子喷涂和其他的喷涂工艺，已经成为热喷涂的一项重要的工艺方法。与普通等离子喷涂相对比，可发现超音速火焰喷涂具有设备简单、一次性投资少、喷涂粒子速度高、涂层质量好、可以现场喷涂以及使用气源较广等优点。超音速火焰涂层的形成过程已经决定了它的结构是由无数微小变形颗粒相互交错堆叠而成的层状组织结构。涂层的这种层状结构也决定了涂层的多孔性和低的结合强度，另外，一些高性能喷涂材料也存在制造成本较高、喷涂条件较为苛刻等不足问题。这在一定程度上限制了热喷涂技术的推广应用，因而开发高质量、低成本的喷涂材料和新型喷涂方法成为当前表面工程领域的研究热点之一[3]。
针对以上问题，本文采用超音速火焰喷涂技术，利用TiB2-25Ni涂层，并对涂层的合成机理和相关性能进行研究。

第一章 概论

1.1 超音速火焰喷涂技术概述
1.1.1超音速火焰喷涂的原理
HVOF是利用丙烷、丙烯等碳氢系燃气或氢气与高压氧气在燃烧室或特殊的喷嘴中进行燃烧，产生高达3200℃的高温高压燃气，焰流速度可高达1500m/s以上，将粉末送进火焰中，产生熔化或半熔化的粒子，高速撞击在基体表面上沉积形成涂层，它能够获得比普通火焰喷涂或等离子喷涂结合强度更高的致密涂层。HVOF技术中，喷涂枪是产生稳定的高速火焰的必要保证。它主要由三部分组成：供氧气与燃料混合后燃烧的燃烧室，将焰流加速到超音速的喷嘴和使喷涂材料粒子得到充分加热加速的等截面长喷管，其结构如图l-1所示[1]，工作原理如图1-2。

图1-1 超音速火焰喷涂喷枪原理图

图1-2 超音速火焰喷涂工作原理
1.1.2 超音速火焰喷涂的优缺点
HVOF 的主要优点有：
(1)喷涂粉末粒子具有很高的飞行速度，冲击能量大，并且可以形成结合强度和硬度高、致密性和耐磨性好的喷涂凃层。
(2)喷涂火焰温的度不超过 3000℃，粉末在火焰中被的加热时间短，因此喷涂材料的相变、氧化和分解受到抑制，特别适合喷涂碳化物和硼化物等金属陶瓷材料。
(3)喷涂效率很高，喷涂距离可在较大范围内变动但是却不影响涂层质量[4]。
超音速火焰喷涂几乎可以喷涂一切应用中的工程材料，如合金粉末、金属陶瓷粉末等，但是最能发挥HVOF工艺优点的是碳化物金属基陶瓷粉末，如WC-Co、WC-Co-Cr、Cr3C2-NiCr等。其中金属陶瓷对高温比较敏感，使用等离子等热喷涂技术会使其中的金属陶瓷发生分解，从而降低涂层的耐磨性能。超音速火焰喷涂具有极高的速度和较低的温度（2800℃左右）等，可以减少金属陶瓷粉末的分解，以及金属粘结剂的氧化相变等，从而有利于生产出硬度较高、耐磨性能出色的涂层。然而采用超音速火焰喷涂一些金属或者合金粉末时，涂层质量却未必突出，HVOF的优点未能体现出来，甚至某些时候还会出现不同的问题。鉴于中国表面涂层生产技术落后，超音速火焰喷涂涂层生产成本高、耗能大、无法从根本上解决“三污”，从可持续发展的角度，作为一个由社会责任的企业，这些都应该是要考虑的问题。主要热喷涂方法的工艺过程及其优缺点如表1-1所示。
表1-1 主要热喷涂方法的工艺过程及其优缺点
工艺
工艺过程及特点
优点
缺点
火焰喷涂
粉末在载体中通过火焰焰流环中心，燃烧气体加热并加速粉末粒子。
粉末在火焰中的停留时间长，喷涂自熔合金粉末和一些低熔点的陶瓷粉末。
孔隙率高，结合强度低。
火焰丝材喷涂
喷涂丝从轴心送进，在环形火焰焰流中熔融，火焰焰流受喷涂嘴型的压缩拘束。
送丝可靠，且相同材料的丝比粉末便宜。
仅用于喷涂能拉成丝的材料（主要是金属材料），结合强度较低。
电弧喷涂
两根喷涂丝送到维持在喷嘴之间的滞留电弧。雾化气穿过电弧和熔融的喷涂丝顶端，吹散熔滴形成射流。
与火焰丝喷枪相似，送丝可靠，且在通常情况下，喷涂材料成本较低。
仅用于喷涂丝材料。
等离子喷涂
等离子气通过铜喷嘴中的直流电弧，加热到高温并电离。粉末沿径向送到电弧终止点的等离子射流中，在此处熔融并加速喷涂到零件。
等离子气的温度非常高，因此基本上能喷涂任何熔点或软化点的材料。
送粉的方法较为复杂。
超音速火焰喷涂
氧气和燃气在燃烧室内燃烧，高温气体通过一定角度的环形分布的内孔到达枪筒。粉末沿轴向送进枪筒内孔中心，高温气体在此处加热粉末并将其加速喷出。
具有适中的成本和较高的涂层综合性能。
燃烧气体一般为丙稀或氢气，要求气体的压力为 0.4－0.9MPa，要求燃气的压力较高。
1.1.3 涂层与基体的结合机理
超音速火焰喷涂是一个复杂的工艺过程，涂层与基体的结合机理目前尚未有公认的定论，通常认为有以下的几种：机械结合、物理结合、微扩散结合、冶金结合。
(1)机械结合 基体的熔融粒子撞击到经粗化的基体表面，铺展成扁平状的液态薄片覆盖并紧贴基体表面的凸点上，在冷凝收缩时咬住凸点，形成机械结合。
(2)物理结合 高温、高速的熔融粒子撞击基体表面后，紧密接触的距离达到原子晶格常数范围时，就会产生范德华力而形成物理结合。
(3)扩散结合 熔融的喷涂材料高速撞击基体表面时形成紧密接触，受变形、高温等作用，涂层与基体间有可能产生微小的扩散，提高涂层与基体的结合强度。
(4)冶金结合 喷涂放热型材料时，基体表面微区内接触温度可达到基材的熔点，就有可能使熔融粒子与基体之间形成微区冶金结合。
超音速火焰喷涂涂层与基体结合的主要形式是机械结合[5]。
1.1.4 涂层结合的影响因素
按照热喷涂工艺的特点划分，涂层结合的影响因素有：1)喷涂材料.包括了喷涂材料的热物理性能，如比热、熔点、沸点、热传导系数、熔化潜热、密度、杨氏模量和热膨胀系数等性能，以及粉末的尺寸和制备方法。热喷涂涂层的基本组成单元是单个扁平粒子，当单个扁平粒子沉积在基体表面时，形成液态粒子与固态基体表面的接触，此时，液态喷涂材料与固态基体材料之间的浸润性对涂层与基体的结合状态将产生显著影响，浸润性越好越有利于形成较好的结合。2）喷涂工艺参数.工艺参数包括燃气、氧气和送粉气体的压力与流量、喷涂距离、喷枪移动速度和粒子温度速度等。喷涂方法与工艺参数对涂层结合的影响最终是通过粒子速度与温度的影响而实现的。到达基体表面的粒子速度和温度不同将产生不同的结合强度。一般来说，速度越高，结合越好。3）基体表面状态.基体的热物理性能，如比热、熔点、沸点、热传导系数、熔化潜热、密度、杨氏模量、热膨胀系数等。基体表面状态也是影响涂层结合强度的一个主要因素，基体表面状态如粗糙度、表面形貌、氧化程度、初始温度以及基体的形状和尺寸等[6]。
1.2 TiB2涂层的特点
TiB2是六方晶系结构的准金属化合物, 具有高熔点（2980°C）﹑高硬度（HV3370）﹑低密度﹑耐磨性好﹑高的抗化学腐蚀性(如耐HF、HCl酸腐蚀)、良好的导热导电性、抗熔融金属的侵蚀等诸多优异的性能, 是航空航天、武器装备、刀具、有色金属冶炼等领域最具潜力的应用材料之一。TiB2具有六方晶系晶体结构的过渡金属化合物，硼原子表面和表面的钛原子构成交替的二维网络结构，钛原子占据着6个棱镜的顶角和底部的中心位置，而硼原子位于钛原子所组成的三棱柱的中心，钛原子和硼原子之间存在电子转移并以离子键和化学键组成的混合键相联系,其独特的晶体结构和电子结构决定了TiB2具有一系列优异的理化性能。因为其优良特性使的TiB2材料尤其是TiB2涂层在耐磨耐蚀、抗高温、微电子等领域上有着广泛的应用前景。但是TiB2是脆性材料，而且单一的TiB2韧性很低（3.5MPa·m1/2）。TiB2的某些物理化学特性，如高熔点（2980°C）﹑大气环境中的易氧化性（450°C开始氧化）﹑晶体结构中强健的结合导致原子间难以扩散烧结等，限制了其在工业领域的应用[8]。
1.3 本论文的研究目的及意义
目前采用制备表面耐腐蚀涂层来抵抗腐蚀已成为发展热点。金属陶瓷复合涂层既具有陶瓷的高硬度、耐腐蚀、耐磨损、耐高温、抗氧化和高的化学稳定性，又具有金属的高韧性和可塑性，是一种较为理想的涂层材料[9]。本文采用超音速火焰喷涂技术，利用二硼化钛粉、镍粉为喷涂原料，合成TiB2-25Ni涂层，此项技术可以赋予工件表面优异的耐腐蚀、耐磨损、防滑、耐高温等性能，对提高工件的耐腐蚀性延长工件的使用寿命，节约生产成本提高生产效率都具有非常重要的意义[9-11]。
第二章 实验仪器及设备及方法

2.1 实验工艺流程
本文实验工艺流程如2-1所示。
超音速火焰喷涂制备TiB2-25Ni涂层的研究

选择原材料
基体处理
喷涂工艺参数确定

喷涂制样

线切割

清洗

镶嵌 预磨 抛光

电子扫描电镜（SEM）

X射线衍射仪（XRD）

磨损试验
测硬度

涂层性能总结

图2-1 实验工艺流程图
2.2 实验材料
本次实验所用的材料为Q235钢、机械合金化球磨制备的TiB2-25Ni复合粉末。
TiB2属于准金属化合物，具有良好的导电性和金属光泽，高强度、高熔点等一系列优点。它的热膨胀系数与许多金属的热膨胀系数相近，与金属相容性好，其中图2-2为球磨6h后：TiB2-25Ni金属陶瓷复合粉末。

图2-2 TiB2-25Ni金属陶瓷复合粉末形貌
2.3 超音速火焰喷涂实验设备及工艺参数
2.3.1 超音速火焰喷涂设备
超音速火焰喷涂相关设备如表2-1所示。
表2-1 超音速火焰喷涂实验设备
序号
名称
型号
1
超音速火焰喷涂设备
CH-2000型
2
喷砂机
YQ-600型
3
磨粒磨损实验机
ML-100型
4
送粉器

2.3.2超音速火焰喷涂涂层制备工艺参数
TiB2-25Ni涂层制备工艺参数如表2-2所示。
表2-2 TiB2-25Ni涂层制备工艺参数

参数

1号样

2号样

3号样
氧气压力
0.55 MPa
0.55 MPa
0.55 MPa
丙烷压力
0.4 MPa
0.4 MPa
0.4 MPa
氮气压力
0.6 MPa
0.6 MPa
0.6 MPa
氧气流量
8 m3/h
10 m3/h
11.5m3/h
丙烷流量
1200 L/h
1200 L/h
1200L/h
氮气流量
1000 L/h
1000 L/h
1000 L/h
喷涂区垂直速度
50 mm/s
50 mm/s
50 mm/s
喷涂区水平速度
130 mm/s
130 mm/s
130 mm/s
喷涂长度
125 mm
125 mm
125 mm
喷涂步长
4 mm
4 mm
4 mm
喷涂步数
5
5
5
喷涂循环次数
1
1
1
喷涂距离
200 mm
200 mm
200 mm
2.4 金相制备与组织分析设备
为了应用扫描电镜观察TiB2-25Ni复合粉末涂层，需要制备试样。所使用的仪器和设备如表2-3所示。
表2-3金相制备及组织分析设备
序号
名称
型号
1
线切割机
DK7740型
2
金相镶嵌机
XQ—1型
3
金相预磨机
YM—2A型
4
金相抛光机
PG—2型
5
金相显微镜
XJP—3C型
6
超声波清洗器
KQ-100DE型
7
显微硬度计
HVS-1000型
8
扫描电镜
TESCAN VEGAⅡ型
9
X-射线衍射仪
D8-ADVANCE型
10
喷金设备
EMITECHK550X型

第三章 不同参数下TiB2-25Ni涂层试样组织结构研究

3.1 概述
超音速火焰喷涂技术利用氧气和燃气在燃烧室内燃烧，高温气体通过一定角度的环形分布的内孔到达枪筒，粉末沿轴向送进枪筒内孔中心，高温气体在此处加热粉末并将其加速喷出。超音速火焰喷涂（HVOF）具有结合强度高、涂层致密、化学分解少的特点。超音速火焰喷涂工艺颗粒细小，氧化物夹杂较少，可获得形貌规则的粘结层界面，从而降低涂层界面上的应力集中，提高涂层的使用寿命。由于HVOF喷涂粒子飞行速度高，冲击能量大，从而得到了致密的涂层[15]。
3.2 超音速火焰喷涂制备涂层实验步骤
(1）选取Q235钢板块状试样18块，分3组，每组6块，编号1，2，3号，然后分别用180目的砂纸打磨，去除试样周边的毛刺；
(2）对样品进行喷砂粗化处理；
(3）将烘箱内温度调整为80℃，将TiB2-25Ni粉末装入金属杯中，然后将其放入烘箱，粉末烘干时间约15min；
(4）待粉末烘干后取出，然后将其装入送粉器；
(5）将试样装夹在载物台上；
(6）打开氧气、燃气及送粉器阀门，使各自气压达到相应值，开启冷却水系统；
(7）进行喷涂操作，使试样表面形成一定厚度的涂层；
(8）当一组试样按设定的喷涂参数喷涂完毕后，卸下试样，继续下一组试样喷涂。喷枪超音速火焰流如图3-1所示。

图3-1 超音速火焰喷涂焰流
3.3 TiB2-25Ni涂层组织观察分析
3.3.1不同参数下TiB2-25Ni涂层表面形貌分析
图3-2为不同氧气流量条件下TiB2-25Ni涂层的组织表面形貌。由图中可知虽在不同氧气流量下进行喷涂，但3种涂层表面形貌中均存在部分熔合区（P）和完全熔合区（F）（如图中所示）。对比3种涂层可知，在第3种氧气流量参数下，涂层表面完全熔化区更多，这说明在氧气流量为11.5 m3/h时，喷涂粒子在喷涂过程中受到的温度更高，熔化的粒子也更多，故在沉积最表层时完全熔化区相对1、2号参数下更多。同时2号氧气流量下涂层表面存在较多由粒子之间堆垛引起的孔洞（如图3-2d箭头所指处），导致此现象的主要原因是在氧气流量为10 m3/h条件下，喷涂温度相对较低，喷涂粒子在喷涂过程中完全熔化数量较少，存在大量的部分熔化粒子，又由于表层粒子在沉积时没有后续粒子撞击夯实作用，故部分熔化粒子就堆垛在前面已喷涂涂层基体表面，造成粒子间的不完全堆垛；并且TiB2-25Ni粒子粘结相较少，在氧气流量为10 m3/h条件下会存在粒子与工件撞击后铺展过程中飞溅现象。同时喷涂时熔融粒子在涂层冷却至室温过程中收缩，收缩过程中得不到后续粒子补充，从而产生一定的收缩。

（a） （b）

（c） （d）

（e） （f）
图3-2 TiB2-25Ni涂层表面形貌：（a）（c）（e）为1-3号样高倍图;（b）（d）（f）为1-3号样低倍图
3.3.2 不同参数下TiB2-25Ni涂层截面形貌分析
图3-3为不同氧气流量下（1-3号样）TiB2-25Ni涂层截面形貌，其中图3-3（a）（c）（e）分别为1-3号样涂层截面形貌高倍图。从图中可以得到3种涂层均呈典型的层状结构且相对致密，通过图像法分析得到1-3号样涂层截面孔隙率分别为0.8%、0.5%和1.2%。其中3号涂层截面存在大量凹坑，分析发现这可能是由于磨样抛光过程中操作不当而导致的，而不是由于喷涂过程中造成的孔洞。同时分析形貌图可发现3种涂层与基体之间的结合方式为机械结合，涂层与基体间呈现犬牙交错现象（如图中箭头所指处），涂层结合良好，分析原因在于在喷涂前基体均经过一定的喷砂粗化处理，使得基体表面存在一定：粗糙度及微观凹凸不平现象，从而使得涂层与基体结合良好[16]。通过对3种涂层厚度进行测量可得1~3号样涂层平均厚度分别为142um、68um和336um。这说明第3号样涂层厚度最厚，分析原因在于在氧气流量为11.5 m3/h条件下，较多的熔融粒子易于在基体和新形成的涂层基体表面沉积，并且在后续粒子不断夯实作用下形成致密的组织结构。然而在氧气流量为10m3/h时，虽然涂层的孔隙率在3种涂层中最低（0.5%），但是涂层厚度却最薄，这说明在其他条件相同的情况下，当氧气流量为10m3/h时，熔融粒子较少，喷涂粒子在沉积过程中不断飞溅致使沉积效率较低，同时由于未熔或半熔粒子不断撞击夯实已沉积涂层，从而使得其致密度较高。

（a） （b）

（c） （d）

（e） （f）
图3-3 TiB2-25Ni涂层截面形貌：（a）（c）（e）为1~3号样高倍图；（b）（d）（f）为1~3号样低倍图
3.3.3 不同氧气流量下 TiB2-25Ni涂层能谱分析
图3-4、3-5、3-6分别为1~3号样涂层截面线扫描能谱图。从图中均可得到涂层中主要元素为Ti、Ni和Cr，由于B是轻元素，故在能谱分析中无法显示出来。而在基体中主要元素为Fe。在整个线扫描能谱中均为发现氧元素，这说明即使在不同氧气流量参数下，TiB2-25Ni喷涂粒子在喷涂过程中均未受到氧化，这也说明TiB2-25Ni材料具有较好的抗氧化性，这主要与TiB2具有高的抗氧化性及化学稳定性良好等特点有关[8]。

图3-4 1号试样TiB-25Ni涂层线扫描能谱

图3-5 2号试样TiB-25Ni涂层线扫描能谱

图3-6 3号试样TiB-25Ni涂层线扫描能谱
3.4 不同氧气流量下TiB-25Ni物相分析
图3-7分别为TiB2-25Ni粉末与1-3号涂层试样的XRD图谱， 从图中可以看出，涂层与粉末的主要物相无明显变化，仍为TiB2和Ni两相，粉末中没有发现氧化物，这主要原因是球磨之前除去了球磨罐的空气采用氩气保护的效果，即没有发生氧化现象。同时在3种涂层未发现存在氧化物，说明喷涂粉末在喷涂过程中几乎无氧化现象，及未发现非晶及TiB2与Ni之间反应产生的物相，说明在超音速火焰喷涂（HVOF）过程中无物相分解，非晶化等现象产生的其他相。对比3种涂层与粉末衍射峰，可以看到，涂层的峰值存在降低的现象，表明涂层中各相含量相对减小，引起这种现象的可能是粒子在超音速火焰喷涂过程中发生反弹飞溅损失的缘故。而粉末的衍射峰比涂层更为宽化，这主要的原因是机械合金化球磨过程中存在断裂和冷焊一对动态平衡，引起混合粉末不断细化，从而导致粉末晶粒尺寸的细化及应力，应变的引入，这与机械合金化制备陶瓷颗粒增强金属基复合材料原理是一致的，也同时说明了TiB2陶瓷颗粒及Ni基合金粘结相粉末在球磨过程中由于钢球对粉末的不断冲击，粉末的粒度不仅减小，同时由于在不断反复冲击作用下，粉末中产生了一定的应力应变，从而导致TiB2-25Ni复合粉末衍射峰的宽化现象。

图3-7 TiB2-25Ni粉末及1-3号样涂层XRD图谱
3.5 TiB-25Ni涂层显微硬度测定
采用HVS-1000型显微硬度计测定涂层的维氏硬度，测量部位位于涂层的横截面。各试样涂层显微硬度测定结果如表3-1所示。
表3-1和图3-8为1-3号试样涂层显微硬度的测定结果，可以看出各试样TiB2-25i涂层均有着很高的硬度，其硬度值均高于400Hv。如表可以看出，3号试样的涂层显微硬度平均值高于1号试样和2号试样涂层的显微硬度值，同时也可以看出2号样的显微硬度偏差值最大，这与制备2号样与3号试样涂层所选用的工艺参数有关。通常材料的硬度越高，其磨粒磨损性能越好，硬度对材料磨粒磨损行为有重要影响，但不是决定因素，在实际选材过程中，硬度是需要考虑的个因素，但不能仅根据硬度简单的预测材料的磨粒磨损性能[23]。应结合使用条件，通过实验来确定。
表3-1 各试样涂层显微硬度测定

参数
1号试样
2号试样
3号试样
涂层
涂层
涂层
1
528
597
703
2
581
342
582
3
516
310
522
4
535
324
553
5
617
480
503
6
454
461
440
7
420
393
536
8
527
367
518
9
465
385
516
10
489
419
658
偏差值
59.0
86.5
77.1
平均值
513.2
407.8
553.1

图3-8 TiB2-25Ni涂层硬度值
3.6 本章小结
本章以TiB2-25Ni粉为粉体，以低碳钢为基体，采用氧气（O2）为助燃气，丙烷（C3H8）为燃气，氮气（N2）为送粉气，运用超音速火焰喷涂技术在不同参数下制备TiB2-25Ni涂层。采用TESCAN VEGA Ⅱ型扫描电镜对TiB2-25Ni涂层的截面形貌和表面形貌进