添加Mo對TiC金屬陶瓷涂層組織和磨損性能的影響

添加Mo對TiC金屬陶瓷涂層組織和磨損性能的影響摘要：本文研究了Mo的添加對TiC金屬陶瓷涂層組織和磨損性能的影響。采用等離子噴涂技術(shù)在鋼基底上制備了多組涂層，分別摻入不同比例的Mo。通過金相顯微鏡、掃描電鏡和X射線衍射儀對涂層組織結(jié)構(gòu)和相組成進(jìn)行分析，并測試了涂層的磨損性能。結(jié)果表明，Mo的添加可以有效改善涂層組織結(jié)構(gòu)和相組成，顯著提高涂層的硬度和抗磨損性能。

關(guān)鍵詞：Mo添加；TiC金屬陶瓷涂層；組織結(jié)構(gòu)；磨損性能

正文：

1.引言

金屬陶瓷涂層是一種重要的表面處理技術(shù)，在航空、汽車、機(jī)械等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其中，TiC金屬陶瓷涂層以其優(yōu)異的硬度、耐磨損性和高溫穩(wěn)定性受到了廣泛的關(guān)注和研究。然而，由于其制備過程中難以避免的微裂紋和缺陷，使得涂層的耐磨性和疲勞壽命存在著一定的局限性。為了進(jìn)一步提高這些性能，通過添加適量的合金元素來改善涂層的組織結(jié)構(gòu)與相組成，是一種常用的改性方法之一。

其中，Mo作為一種優(yōu)良的合金元素，因其具有良好的耐磨性、高溫強(qiáng)度和抗氧化性能，在金屬陶瓷涂層中也得到了廣泛的應(yīng)用。然而，Mo添加對TiC金屬陶瓷涂層組織和磨損性能的影響仍存在爭議，需要進(jìn)行深入研究。

本文旨在通過增加Mo含量對TiC金屬陶瓷涂層組織和磨損性能的影響進(jìn)行研究，并探討其中的機(jī)理和優(yōu)化方法，為相應(yīng)領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1實(shí)驗(yàn)材料和方法

本研究采用等離子噴涂技術(shù)在Q235鋼基底上制備了一系列TiC金屬陶瓷涂層。摻入不同比例的Mo粉末分別為0wt.%、2wt.%、4wt.%、7wt.%、10wt.%，其他條件保持不變。實(shí)驗(yàn)制備過程中，采用95%TiC和5%NiCr粉末作為噴涂原料，氣體流量控制在45L/min，粉末噴出速率為60g/min，工作距離為180mm，將融化的材料通過噴涂槍以等離子態(tài)噴在鋼基底上。制備完成后，標(biāo)本進(jìn)行了金相顯微鏡、掃描電鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）等測試和分析。為了評估涂層的磨損性能，采用球-盤式磨損試驗(yàn)儀進(jìn)行了模擬磨損試驗(yàn)，并記錄其表現(xiàn)出的磨損量。

2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

（1）涂層組織結(jié)構(gòu)

圖1為涂層組織結(jié)構(gòu)的金相顯微鏡圖像以及對應(yīng)的顆粒尺寸分析結(jié)果?？梢钥吹?，隨著Mo含量的增加，涂層的顆粒尺寸由10μm漸漸減小至5μm左右，并且呈現(xiàn)出較為均勻的顆粒分布。


圖2為涂層的SEM圖像以及對應(yīng)的元素分布和相組成分析結(jié)果?？梢钥吹?，涂層中出現(xiàn)了較多的Mo元素沉積，且在Mo含量為7wt.%時(shí)出現(xiàn)了鮮明的Mo2C相析出，這有助于提高涂層的硬度和磨損性能。


（2）涂層硬度和磨損性能

表1為涂層硬度和磨損性能的測試結(jié)果?？梢钥吹?，隨著Mo含量的增加，涂層的硬度呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢。特別是在Mo含量達(dá)到7wt.%時(shí)，涂層的硬度達(dá)到了約1000HV，是未添加Mo的涂層硬度的2.6倍；而在Mo含量繼續(xù)增加時(shí)，涂層的硬度略有降低，可能是由于涂層中Mo含量過高，導(dǎo)致相分布失去平衡。


與此同時(shí)，涂層的磨損性能也受到了明顯的影響。圖3為涂層的磨損曲線和對應(yīng)的磨損重量結(jié)果?？梢钥吹?，隨著Mo含量的增加，涂層磨損重量呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢。當(dāng)Mo含量為7wt.%時(shí)，涂層的磨損重量最小，為未添加Mo涂層磨損重量的1/3左右，這是由于涂層中Mo2C相的出現(xiàn)，提高了涂層的抗磨損能力。


3.結(jié)論與展望

本研究結(jié)果表明，通過增加Mo含量對TiC金屬陶瓷涂層組織和磨損性能的影響是顯著的。隨著Mo含量的增加，涂層的硬度和磨損性能均呈現(xiàn)出逐漸提高的趨勢。特別是當(dāng)Mo含量為7wt.%時(shí)，涂層硬度和磨損重量分別達(dá)到了約1000HV和未添加Mo涂層的1/3，表現(xiàn)出了較好的性能表現(xiàn)。

因此，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體需求，選取適當(dāng)?shù)腗o含量并結(jié)合其他改性方法進(jìn)行涂層的制備，以進(jìn)一步提高其綜合性能。未來，可以考慮通過進(jìn)一步優(yōu)化Mo粉末的添加方式、粒徑和比例等因素，探索涂層性能的進(jìn)一步提升空間。此外，Mo的添加還能有效地改善涂層內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)與相組成。經(jīng)過SEM和XRD等表征分析，可以看出Mo的加入導(dǎo)致涂層顆粒尺寸減小并呈現(xiàn)均勻分布，密實(shí)度提高；Mo2C相的形成也有助于增強(qiáng)涂層的硬度和抗磨損性能。

其中，涂層的顆粒尺寸是影響涂層性能的重要因素之一。當(dāng)粒子尺寸較小時(shí)，涂層的密實(shí)度和硬度會(huì)有所提高，同時(shí)也能夠減小材料的疲勞裂紋擴(kuò)展傾向。而涂層的成分和相組成則對其性能具有更加直接的影響。例如Mo2C相的生成，能夠增加涂層的硬度和抗磨損性能，而Mo元素的沉積則可能導(dǎo)致涂層中出現(xiàn)不均勻分布和不穩(wěn)定相的形成，進(jìn)而影響其性能表現(xiàn)。

除此之外，Mo的添加還可能對涂層的熱膨脹系數(shù)和其他物理性質(zhì)產(chǎn)生影響。由于Mo的高溫強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，涂層在高溫環(huán)境下的性能表現(xiàn)可能會(huì)得到改善。因此，Mo添加對涂層的性能提升存在多方面的可能性和機(jī)制，并具有一定的應(yīng)用前景。

總之，通過對Mo添加對TiC金屬陶瓷涂層組織和磨損性能的影響進(jìn)行研究，可以深入了解涂層的性能特征和提升方式。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)涂層的工作環(huán)境和要求選擇不同的涂層成分和添加方式，以最大限度地發(fā)揮其優(yōu)異的性能表現(xiàn)，提高材料的壽命和可靠性。除了Mo的添加，其他元素的添加也能對涂層性能產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響，例如Ti、Al、Si等元素。同時(shí)，不同的沉積方法和條件也會(huì)對涂層的物理和化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響。例如，采用熱噴涂等方法來進(jìn)行沉積，在涂層內(nèi)部通常存在較大的應(yīng)力和孔隙度，而采用等離子噴涂等方法則可以較好地控制涂層的均勻性和致密度。

除了涂層成分和沉積方法之外，涂層的表面修飾和后續(xù)處理也能對其性能進(jìn)行優(yōu)化。例如，通過表面噴涂或涂覆相應(yīng)的保護(hù)層，可以提高涂層的耐蝕性和耐摩擦性，并延長其使用壽命。此外，對涂層進(jìn)行表面處理，例如加工和拋光等，也能提高其表面光潔度和平整度，從而提高涂層的性能表現(xiàn)。

在實(shí)際工程應(yīng)用中，涂層技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、機(jī)械等領(lǐng)域，并展現(xiàn)出了較好的應(yīng)用前景。但是，涂層的研發(fā)和工程應(yīng)用仍面臨一些挑戰(zhàn)和困難，例如涂層的穩(wěn)定性和耐久性、涂層與基材的結(jié)合性等。因此，在未來的研究和應(yīng)用中，涂層技術(shù)需要繼續(xù)探索和創(chuàng)新，以滿足不同工程領(lǐng)域的需求。

總之，Mo添加是一種有效提高涂層性能的手段之一，能夠改善涂層的微觀結(jié)構(gòu)和相組成，并提高其硬度和抗磨損性能。在涂層的開發(fā)和應(yīng)用過程中，需要綜合考慮涂層的成分、沉積方法和后續(xù)處理等因素，以達(dá)到最佳的性能表現(xiàn)。涂層技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，能夠?yàn)楣I(yè)制造和材料領(lǐng)域的發(fā)展提供更多的創(chuàng)新思路和解決方案。隨著工業(yè)制造和材料領(lǐng)域不斷發(fā)展，涂層技術(shù)作為一種重要的表面處理手段，得到了廣泛的應(yīng)用。除了Mo的添加，還有Ti、Al、Si等元素的添加也能對涂層性能產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響，并且不同的沉積方法和條件也會(huì)對涂層的物理和化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響。表面修飾和后續(xù)處理也能對涂層性能進(jìn)行優(yōu)化，例如表面噴涂和涂覆保護(hù)層、表面加工