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快冷熔覆法原位合成大厚度铁基非晶复合涂层的研究

胡卫强 刘宗德 王永田 夏兴祥

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快冷熔覆法原位合成大厚度铁基非晶复合涂层的研究

胡卫强, 刘宗德, 王永田, 夏兴祥

Preparation of Fe-based thick amorphous composite

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  • 通过水冷提高凝固速率及降低基体金属对熔覆层的稀释,采用改进的钨极惰性气体氩弧熔覆的方法,原位制备了大厚度(1—5 mm)Fe基非晶/纳米晶复合涂层.利用X射线衍射,光学显微镜和透射电子显微镜对涂层成分和组织进行分析,并测试了涂层的显微硬度.结果表明,采用快冷熔覆的方法可以制备出含有50%以上非晶含量的非晶/纳米晶复合涂层,涂层内纳米晶颗粒表面被非晶过渡层包覆.较厚涂层的显微硬度达到1600HV0.3,与基体为冶金连接,有良好的结合强度及耐磨性.非晶/纳米晶复合结构使得涂层与基体之间的过渡区具备较强的弹塑性,提高了涂层的抗冲击性. 最后重点讨论了微观结构和性能之间的内在联系,涂层内非晶相与纳米晶相的协同作用是造成涂层高硬度的主要原因.
    A thick Fe-based amorphous composite coating (1—5mm) was prepared in situ by tungsten inert gas (TIG) cladding method. The auxiliary cooling system was used to improve the solidification rate of molten alloy and decrease the dilution from the substrates. The microstructure of the composite coating was investigated by X-ray differaction, optical microscope and transmission electron microscope. In addition, the micro-hardness of the coating was also measured. The results show that the composite coating is composed of the amorphous phase and the nano-crystalline grains encapsulated by amorphous transition layer, whose content is more than 50 percent. The composite coatings have been found to have good bonding strength and high wear resistance, the maximum value of the micro-hardness is up to 1600HV0.3. The microstructure of the transition layer with good elastic-plastic properties leads to the higher impact resistance. At last, the relations between the microstructure and micro-hardness properties were discussed in detail, and the main reason for high hardness is the cooperation of the amorphous phase and nano-crystalline phase in the composite coatings.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10772066)、长江学者与创新团队发展计划(批准号:PCSIRT0720)、中国华能集团公司科技计划(批准号:HNKJ08-H30)和新金属材料国家重点实验室开放基金(批准号:2010Z-02)资助的课题.
    [1]

    Liu Y H, Wang G, Wang R J, Zhao D Q, Pan M X, Wang W H 2007 Science 315 1385

    [2]

    Zhang Y, Wang W H, Greer A L 2006 Nat. Mater. 5 857

    [3]

    Hofmann D C, Suh J Y, Wiest A, Duan G, Lind M L, Demetriou M D, Johnson W L 2008 Nature 451 1085

    [4]

    Yang Q M, Xu Q M, Fang Y Z, Mo C J 2009 Acta Phys. Sin. 58 4072 (in Chinese) [杨全民、 许启明、 方允樟、 莫婵娟 2009 物理学报 58 4072]

    [5]

    Guo H, Yan P F, Wang Y B, Tan J, Zhang Z F, Sui M L, Ma E 2007 Nat. Mater. 6 735

    [6]

    Liu L, Sun M, Zhan Q, Liu B, Qiu C L 2006 Acta Phys. Sin. 58 4072 (in Chinese) [柳 林、 孙 民、 谌 祺、 刘 兵、 邱春雷 2006 物理学报 58 4072]

    [7]

    Lu Z P, Liu C T, Thompson J R, Porter W D 2004 Phys. Rev. Lett. 92 245503

    [8]

    Peng J, Wei H Q, Li X A, Zhang Z C 2009 Acta Phys. Sin. 58 4059 (in Chinese) [彭 建、 危洪清、 李乡安、 张志纯 2009 物理学报 58 4059]

    [9]

    Liu K X, Liu W D, Wang J T, Yan H H, Li X J, Huang Y J, Wei X S, Shen J 2008 Appl. Phys. Lett. 93 081918

    [10]

    Ran L L, Qu S L, Guo Z Y 2010 Chin. Phys. B 19 034204

    [11]

    Zhao H Y, Kan J D, Liu Q J, Liu Z Q 2005 Acta Phys. Sin. 54 1711 (in Chinese)[赵鹤云、 阚家德、 柳清菊、 刘佐权 2005 物理学报 54 1711]

    [12]

    Wu Y P, Lin P H, Xie G Z, Hu J H, Cao M 2006 Mater. Sci. Eng. A 430 34

    [13]

    Cheng J B, Liang X B, Xu B S, Wu Y X 2009 J. Non-Cryst. Solids 355 1673

    [14]

    Zhu Q J, Zou Z D, Qu S Y, Wang X H 2008 China Welding 17 23

    [15]

    Cui C Y, Hu J B, Liu Y H, Gao K, Guo Z X 2008 Appl. Surf. Sci. 254 6779

    [16]

    Basu A, Samant A N, Harimkar S P, Majumdar J D, Manna I, Dahotre N B 2008 Surf. Coat. Tech. 202 2623

    [17]

    Brangand J, Swank W D, Meacham B E 2009 Metall. Mater. Trans. A 40A 1306

    [18]

    Wu X L, Hong Y S 2001 Surf. Coat. Tech. 141 141

    [19]

    Zhu Q J, Qu S Y, Wang X H, Zou Z D 2007 Appl. Surf. Sci. 253 7060

    [20]

    Wang Z Y, Yang Y S, Tong W H, Li H Q, Hu Z Q 2006 Acta Phys. Sin. 55 1953 (in Chinese) [王珍玉、 杨院生、 童文辉、 李会强、 胡壮麒 2006 物理学报 55 1953]

    [21]

    Cheng F T, Lo K H, Man H C 2004 Mater. Sci. Eng. A 380 20

    [22]

    Wang Y F, Li G, Wang C S, Xia Y L, Sandip B, Dong C 2004 Surf. Coat. Tech. 176 284

    [23]

    Inal O T, Robino C V, Keller L, Yost F G, Karnowsky M M 1981 J. Mater. Sci. 16 3183

    [24]

    Xiang X H, Liu X Y, Zhu H C 2002 J. Mater. Eng. 2 25

    [25]

    Pan J G, Fan Z S, Sun D B, Yu H Y, Li H Q, Wang X D, Meng H M 2005 J. Mater. Eng. 9 53 (in Chinese) [潘继岗、 樊自拴、 孙冬柏、 俞宏英、 李辉勤、 王旭东、 孟惠民 2005 材料工程 9 53]

    [26]

    Wang C L, Wu Y P, Zhang P 2005 China Surface Engineering 18 19 (in Chinese) [王翠玲、 吴玉萍、 张 萍 2005 中国表面工程 18 19]

    [27]

    Guo J H, Lu C W, Ni X J, Wu J W, Lu Z C, Lian F Z 2006 China Surface Engineering 19 45 (in Chinese) [郭金花、 陆曹 卫、 倪晓俊、 吴嘉伟、 卢志超、 连法增 2006 中国表面工程 19 45] 〖28] Zhou Z, Wang L, Wang F C, Wang Q S, Ma Z, Liu Y B 2006 Doctoral Forum of China Beijing, October 19—21, 2006 (in Chinese) [周 正、王 鲁、王富耻、王全胜、马 壮、柳彦博 2006 全国博士生学术论坛 北京,2006年10月19—21日]

    [28]

    Goyal R K, Tiwari A N, Negi Y S 2008 Mater. Sci. Eng. A 491 230

  • [1]

    Liu Y H, Wang G, Wang R J, Zhao D Q, Pan M X, Wang W H 2007 Science 315 1385

    [2]

    Zhang Y, Wang W H, Greer A L 2006 Nat. Mater. 5 857

    [3]

    Hofmann D C, Suh J Y, Wiest A, Duan G, Lind M L, Demetriou M D, Johnson W L 2008 Nature 451 1085

    [4]

    Yang Q M, Xu Q M, Fang Y Z, Mo C J 2009 Acta Phys. Sin. 58 4072 (in Chinese) [杨全民、 许启明、 方允樟、 莫婵娟 2009 物理学报 58 4072]

    [5]

    Guo H, Yan P F, Wang Y B, Tan J, Zhang Z F, Sui M L, Ma E 2007 Nat. Mater. 6 735

    [6]

    Liu L, Sun M, Zhan Q, Liu B, Qiu C L 2006 Acta Phys. Sin. 58 4072 (in Chinese) [柳 林、 孙 民、 谌 祺、 刘 兵、 邱春雷 2006 物理学报 58 4072]

    [7]

    Lu Z P, Liu C T, Thompson J R, Porter W D 2004 Phys. Rev. Lett. 92 245503

    [8]

    Peng J, Wei H Q, Li X A, Zhang Z C 2009 Acta Phys. Sin. 58 4059 (in Chinese) [彭 建、 危洪清、 李乡安、 张志纯 2009 物理学报 58 4059]

    [9]

    Liu K X, Liu W D, Wang J T, Yan H H, Li X J, Huang Y J, Wei X S, Shen J 2008 Appl. Phys. Lett. 93 081918

    [10]

    Ran L L, Qu S L, Guo Z Y 2010 Chin. Phys. B 19 034204

    [11]

    Zhao H Y, Kan J D, Liu Q J, Liu Z Q 2005 Acta Phys. Sin. 54 1711 (in Chinese)[赵鹤云、 阚家德、 柳清菊、 刘佐权 2005 物理学报 54 1711]

    [12]

    Wu Y P, Lin P H, Xie G Z, Hu J H, Cao M 2006 Mater. Sci. Eng. A 430 34

    [13]

    Cheng J B, Liang X B, Xu B S, Wu Y X 2009 J. Non-Cryst. Solids 355 1673

    [14]

    Zhu Q J, Zou Z D, Qu S Y, Wang X H 2008 China Welding 17 23

    [15]

    Cui C Y, Hu J B, Liu Y H, Gao K, Guo Z X 2008 Appl. Surf. Sci. 254 6779

    [16]

    Basu A, Samant A N, Harimkar S P, Majumdar J D, Manna I, Dahotre N B 2008 Surf. Coat. Tech. 202 2623

    [17]

    Brangand J, Swank W D, Meacham B E 2009 Metall. Mater. Trans. A 40A 1306

    [18]

    Wu X L, Hong Y S 2001 Surf. Coat. Tech. 141 141

    [19]

    Zhu Q J, Qu S Y, Wang X H, Zou Z D 2007 Appl. Surf. Sci. 253 7060

    [20]

    Wang Z Y, Yang Y S, Tong W H, Li H Q, Hu Z Q 2006 Acta Phys. Sin. 55 1953 (in Chinese) [王珍玉、 杨院生、 童文辉、 李会强、 胡壮麒 2006 物理学报 55 1953]

    [21]

    Cheng F T, Lo K H, Man H C 2004 Mater. Sci. Eng. A 380 20

    [22]

    Wang Y F, Li G, Wang C S, Xia Y L, Sandip B, Dong C 2004 Surf. Coat. Tech. 176 284

    [23]

    Inal O T, Robino C V, Keller L, Yost F G, Karnowsky M M 1981 J. Mater. Sci. 16 3183

    [24]

    Xiang X H, Liu X Y, Zhu H C 2002 J. Mater. Eng. 2 25

    [25]

    Pan J G, Fan Z S, Sun D B, Yu H Y, Li H Q, Wang X D, Meng H M 2005 J. Mater. Eng. 9 53 (in Chinese) [潘继岗、 樊自拴、 孙冬柏、 俞宏英、 李辉勤、 王旭东、 孟惠民 2005 材料工程 9 53]

    [26]

    Wang C L, Wu Y P, Zhang P 2005 China Surface Engineering 18 19 (in Chinese) [王翠玲、 吴玉萍、 张 萍 2005 中国表面工程 18 19]

    [27]

    Guo J H, Lu C W, Ni X J, Wu J W, Lu Z C, Lian F Z 2006 China Surface Engineering 19 45 (in Chinese) [郭金花、 陆曹 卫、 倪晓俊、 吴嘉伟、 卢志超、 连法增 2006 中国表面工程 19 45] 〖28] Zhou Z, Wang L, Wang F C, Wang Q S, Ma Z, Liu Y B 2006 Doctoral Forum of China Beijing, October 19—21, 2006 (in Chinese) [周 正、王 鲁、王富耻、王全胜、马 壮、柳彦博 2006 全国博士生学术论坛 北京,2006年10月19—21日]

    [28]

    Goyal R K, Tiwari A N, Negi Y S 2008 Mater. Sci. Eng. A 491 230

  • [1] 李俊炜, 贾维敏, 吕沙沙, 魏雅璇, 李正操, 王金涛. 氢气在γ-U (100) /Mo表面吸附行为的第一性原理研究. 物理学报, 2022, 71(22): 226601. doi: 10.7498/aps.71.20220631
    [2] 廖庆, 李炳生, 葛芳芳, 张宏鹏, 申铁龙, 毛雪丽, 王任大, 盛彦斌, 常海龙, 王志光, 徐帅, 陈黎明, 何晓珣. T91钢和SIMP钢表面AlOx涂层在600 ℃静态液态铅铋共晶中的稳定性和腐蚀行为. 物理学报, 2022, 71(15): 156103. doi: 10.7498/aps.71.20220356
    [3] 郭晓蒙, 青芳竹, 李雪松. 石墨烯在金属表面防腐中的应用. 物理学报, 2021, 70(9): 098102. doi: 10.7498/aps.70.20210349
    [4] 李蕊, 左小伟, 王恩刚. 时效Ag-7wt.%Cu合金的微观组织、电阻率和硬度. 物理学报, 2017, 66(2): 027401. doi: 10.7498/aps.66.027401
    [5] 谷倩倩, 阮莹, 代富平. 微重力下Fe-Al-Nb合金液滴的快速凝固机理及其对显微硬度的影响. 物理学报, 2017, 66(10): 106401. doi: 10.7498/aps.66.106401
    [6] 叶凤霞, 陈燕, 余鹏, 罗强, 曲寿江, 沈军. 通过AC-HVAF方法制备铁基非晶合金涂层的结构分析. 物理学报, 2014, 63(7): 078101. doi: 10.7498/aps.63.078101
    [7] 董长胜, 谷雨, 钟敏霖, 马明星, 黄婷, 刘文今. 激光熔覆铜锰合金选择性脱合金制备纳米多孔涂层的研究. 物理学报, 2012, 61(9): 094211. doi: 10.7498/aps.61.094211
    [8] 饶显君, 钟云波, 张增光, 王志强, 邓康, 任忠鸣, 徐匡迪. 静磁场复合电流下时效对Cu-Cr-Zr合金组织及性能的影响 . 物理学报, 2012, 61(22): 221301. doi: 10.7498/aps.61.221301
    [9] 王永田, 刘宗德, 易军, 薛志勇. Gd基非晶与Gd纳米晶复合结构的磁制冷效应. 物理学报, 2012, 61(5): 056102. doi: 10.7498/aps.61.056102
    [10] 李文胜, 罗时军, 黄海铭, 张琴, 付艳华. 一种基于光子晶体结构的坦克涂层设计. 物理学报, 2012, 61(16): 164102. doi: 10.7498/aps.61.164102
    [11] 王璇, 郑富, 芦佳, 白建民, 王颖, 魏福林. Al-O,C元素添加对FeCo合金薄膜磁性和频率特性的影响. 物理学报, 2011, 60(1): 017505. doi: 10.7498/aps.60.017505
    [12] 王振中, 王楠, 姚文静. 低扩散系数对Pd77Cu6Si17合金易非晶化的影响. 物理学报, 2010, 59(10): 7431-7436. doi: 10.7498/aps.59.7431
    [13] 张拴勤, 石云龙, 黄长庚, 连长春. 隐身涂层的光谱反射特性设计. 物理学报, 2007, 56(9): 5508-5512. doi: 10.7498/aps.56.5508
    [14] 许兴胜, 陈弘达, 张道中. 非晶光子晶体中的光子局域化. 物理学报, 2006, 55(12): 6430-6434. doi: 10.7498/aps.55.6430
    [15] 徐国成, 潘 玲, 关庆丰, 邹广田. 非晶钛酸铋的晶化过程. 物理学报, 2006, 55(6): 3080-3085. doi: 10.7498/aps.55.3080
    [16] 张永康, 孔德军, 冯爱新, 鲁金忠, 葛 涛. 涂层界面结合强度检测研究(Ⅱ):涂层结合界面应力检测系统. 物理学报, 2006, 55(11): 6008-6012. doi: 10.7498/aps.55.6008
    [17] 冯文然, 阎殿然, 何继宁, 陈光良, 顾伟超, 张谷令, 刘赤子, 杨思泽. 反应等离子喷涂纳米TiN涂层的显微硬度及微观结构研究. 物理学报, 2005, 54(5): 2399-2402. doi: 10.7498/aps.54.2399
    [18] 吴汉华, 汪剑波, 龙北玉, 吕宪义, 龙北红, 金曾孙, 白亦真, 毕冬梅. 电流密度对铝合金微弧氧化膜物理化学特性的影响. 物理学报, 2005, 54(12): 5743-5749. doi: 10.7498/aps.54.5743
    [19] 代富平, 吕淑媛, 冯博学, 蒋生蕊, 陈 冲. 非晶态WO3薄膜电致变色特性的研究. 物理学报, 2003, 52(4): 1003-1008. doi: 10.7498/aps.52.1003
    [20] 何拥军, 苏惠敏, 唐芳琼, 董鹏, 汪河洲. 准完全带隙胶体非晶光子晶体. 物理学报, 2001, 50(5): 892-896. doi: 10.7498/aps.50.892
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-05-08
  • 修回日期:  2010-06-10
  • 刊出日期:  2011-01-05

快冷熔覆法原位合成大厚度铁基非晶复合涂层的研究

  • 1. (1)华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,北京 102206; (2)中国科学院物理研究所,北京 100190
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10772066)、长江学者与创新团队发展计划(批准号:PCSIRT0720)、中国华能集团公司科技计划(批准号:HNKJ08-H30)和新金属材料国家重点实验室开放基金(批准号:2010Z-02)资助的课题.

摘要: 通过水冷提高凝固速率及降低基体金属对熔覆层的稀释,采用改进的钨极惰性气体氩弧熔覆的方法,原位制备了大厚度(1—5 mm)Fe基非晶/纳米晶复合涂层.利用X射线衍射,光学显微镜和透射电子显微镜对涂层成分和组织进行分析,并测试了涂层的显微硬度.结果表明,采用快冷熔覆的方法可以制备出含有50%以上非晶含量的非晶/纳米晶复合涂层,涂层内纳米晶颗粒表面被非晶过渡层包覆.较厚涂层的显微硬度达到1600HV0.3,与基体为冶金连接,有良好的结合强度及耐磨性.非晶/纳米晶复合结构使得涂层与基体之间的过渡区具备较强的弹塑性,提高了涂层的抗冲击性. 最后重点讨论了微观结构和性能之间的内在联系,涂层内非晶相与纳米晶相的协同作用是造成涂层高硬度的主要原因.

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