【摘 要】
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本研究采用放电等离子烧结技术,通过加入低熔点的Cu降低烧结温度,成功在304不锈钢基体上低温烧结制备了TZM合金涂层。通过对TZM-xCu合金涂层组织结构的观察研究了合金涂层的烧结行为,分析了TZM-xCu合金涂层结合界面上的元素扩散情况,并研究了TZM-xCu合金涂层的摩擦磨损特征。为低温制备改性TZM合金涂层与应用提供实验与理论依据。主要研究内容及结论如下:(1)通过对TZM-xCu合金涂层组
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本研究采用放电等离子烧结技术,通过加入低熔点的Cu降低烧结温度,成功在304不锈钢基体上低温烧结制备了TZM合金涂层。通过对TZM-xCu合金涂层组织结构的观察研究了合金涂层的烧结行为,分析了TZM-xCu合金涂层结合界面上的元素扩散情况,并研究了TZM-xCu合金涂层的摩擦磨损特征。为低温制备改性TZM合金涂层与应用提供实验与理论依据。主要研究内容及结论如下:(1)通过对TZM-xCu合金涂层组织及元素分布的观察,合金涂层在烧结过程中各元素扩散均匀。合金涂层的烧结过程可以分为固相烧结阶段和液相烧结阶段,固相烧结阶段主要发生了Mo粉末颗粒烧结颈的形成与长大;液相烧结阶段主要有液相Cu的生成与Mo粉颗粒的重排、Mo颗粒的固相溶解与再析出以及Mo骨架的最终形成。(2)TZM-xCu合金涂层截面组织呈现出涂层-过渡层-基体的三层结构,各层间结合紧密,未见裂纹等缺陷,结合强度可达36.99 MPa。TZM-xCu合金涂层的结合界面在烧结过程中通过原子相互扩散形成了宽度大约15μm的Fe-Ni扩散区与宽度大约10μm的Ni-Mo/Cu扩散区。在Fe-Ni扩散区中主要为Fe-Ni无限固溶体;而在Ni-Mo/Cu扩散区中,主要以Ni-Mo有限固溶体为主,加之少量的Ni-Cu无限固溶体。(3)热循环试验结果表明,随着Cu含量的增加,TZM-xCu合金涂层的热稳定性能也随之增加;热循环试验过程中TZM-xCu合金涂层均沿镍过渡层开裂、脱落;造成这种现象的主要原因是热膨胀系数差异所产生的热应力,而高温水中的Cl~-离子在界面处的点蚀作用对TZM-xCu合金涂层的开裂、脱落起到了促进作用。(4)TZM合金和TZM-xCu合金涂层的磨损特征均为粘着磨损和磨粒磨损,摩擦磨损过程中均发生了氧化腐蚀行为;Cu的加入可以有效起到润滑减摩擦的作用,Cu含量越高,减摩擦效果更加明显;TZM-xCu合金涂层比TZM合金涂层的摩擦系数最多可降低61.1%。
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