第十三届全国青年表面工程学术会议

174 / 2021-04-05 16:49:04

FeCrMoCBY非晶合金涂层的高温摩擦学性能

冷喷涂，超音速火焰喷涂，非晶合金涂层，高温磨损

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                                                                                               FeCrMoCBY非晶合金涂层的高温摩擦学性能

                                                                                            李润杰, 许骏杰，康嘉杰^*, 岳文, 付志强, 朱丽娜

                                                                                        （中国地质大学（北京）工程技术学院 北京 100083）

       摘要：高温磨损现象在工业领域中广泛存在，如内燃机的某些运动部件、航空航天推进系统的轴承、油气钻探和金属加工过程。尤其在油气钻探过程中，钻具往往伴随着高温工况的挑战，对钻具表面的耐高温性能有苛刻的要求，因此常通过在钻具表面涂覆防护材料来提升性能。非晶合金因其特殊的“长程无序、短程有序”的原子排列结构，并且不存在晶界、位错等微观缺陷，也不存在成分偏析和第二相，成为表面防护的理想材料之一。其中，Fe非晶合金具有良好的耐磨损性能和较低的材料成本，在钻探领域应用广泛。

       本文利用冷喷涂（Cold Spray-CS）和超音速火焰喷涂（high-velocity oxygen-fuel-HVOF）技术在35CrMo钢基体上制备了铁基非晶合金涂层。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）对两种涂层的结构进行了分析，并测定了涂层的显微硬度、孔隙率。通过改变温度、对比摩擦系数、磨损率和磨痕形貌来研究涂层的高温摩擦学性能，并分析其磨损机理。结果表明，冷喷涂制备的铁基非晶合金涂层具有更高的非晶含量、密度和较好的热稳定性等优点。室温条件下CS涂层表现出良好的耐磨损性能，而在693K条件下，HVOF涂层的耐磨性能优于CS涂层。相较于HVOF涂层，CS涂层的干摩擦磨损对环境温度更加敏感，在干摩擦磨损条件下，随着环境温度的上升，铁基非晶合金涂层磨损率均呈现上升趋势，这主要是由于在高温条件下涂层氧化层周期性增长、破裂、剥离显著地增加了涂层的磨损率。在空气中的高温磨损机制包括分层、粘着磨损和更严重的氧化磨损。

      关键词：冷喷涂，超音速火焰喷涂，非晶合金涂层，高温磨损