ZrB2-Fe復(fù)合涂層原位合成的研究.pdf

1、ZrB2陶瓷因具有高熔點(diǎn)、高硬度、高化學(xué)穩(wěn)定性、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性以及優(yōu)異的抗氧化和抗熱震性能，被廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料、耐火材料、電極材料和涂層材料等諸多領(lǐng)域。Fe基金屬因成本低廉、應(yīng)用范圍廣、性能提高明顯等優(yōu)點(diǎn)被選作金屬陶瓷復(fù)合涂層的常用基體材料。但鑒于ZrB2陶瓷與Fe基金屬之間較大的熱物理性能差異，熔覆熱源的選擇將對(duì)ZrB2/Fe復(fù)合涂層的表面成型和組織分布等產(chǎn)生重大影響。
　　 本文嘗試采用氬弧、等離子轉(zhuǎn)移弧和激光三種熱源進(jìn)

2、行ZrB2/Fe復(fù)合涂層的原位合成制備。經(jīng)等離子弧熔覆所得涂層表面平整、無(wú)氣孔和顆粒狀飛濺物出現(xiàn)，涂層內(nèi)部ZrB2含量高、尺寸細(xì)??；但該工藝下所得陶瓷涂層與Fe基體潤(rùn)濕不良，涂層內(nèi)部ZrB2分布不均勻。通過(guò)調(diào)整預(yù)涂層成分和熔覆工藝參數(shù)，等離子弧熔覆所得涂層的表面成型和組織分布可得到明顯改善。綜合考慮制備成本、生產(chǎn)效率以及熔覆層的成型和質(zhì)量等因素后，發(fā)現(xiàn)等離子弧熔覆工藝更適用于ZrB2/Fe復(fù)合涂層的原位合成制備。
　　 在等離子

3、弧熔覆工藝下，涂層內(nèi)ZrB2相往往具有多種形態(tài)。根據(jù)ZrB2相長(zhǎng)寬比的不同，可以將其大致分為針狀、棒狀和塊狀三類。其中針狀ZrB2相極易在熔覆層的上表層、底部和邊緣出現(xiàn)，而塊狀ZrB2相傾向于在熔覆層的中部和下部出現(xiàn)。這主要與冷卻條件、ZrB2的形核方式、ZrB2的形成時(shí)機(jī)以及ZrB2的濃度等因素有關(guān)。采用Zr和B4C粉末為原料所得涂層內(nèi)ZrB2相往往具有橫向和縱向的梯度分布規(guī)律。從熔覆層的表層到底部，ZrB2的含量逐漸減少、硬度也逐漸

4、降低，形態(tài)由粗大的針狀向細(xì)小的塊狀過(guò)渡。從熔覆層的邊緣到中心，ZrB2的含量先減小后增大、硬度也是先降低后升高，形態(tài)也會(huì)呈現(xiàn)針狀到塊狀的過(guò)渡。不過(guò)，熔覆層中ZrB2相的縱向梯度分布要比其橫向分布明顯得多。
　　 對(duì)Fe-Zr-B4C反應(yīng)體系而言，Zr與B4C直接反應(yīng)的可能性最大，反應(yīng)產(chǎn)物ZrB2的穩(wěn)定性最高。但實(shí)際熔池中ZrB2的生成方式可以有多種，形成方式的不同往往直接影響涂層中ZrB2相的形貌特征。在等離子弧熔覆的中期，液態(tài)