fe3si基合金涂层的制备与摩擦磨损性能研究

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1、密级：非密中图分类号：TH118硕士学位论文Fe3Si基合金涂层的制备与摩擦磨损性能研究研究生：杨佳霖导师：彭成章教授学科：材料科学与工程研究方向：表面物理化学2018年5月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterStudyonthepreparationandwearpropertiesofFe3SibasedalloycoatingCandidate：YangJia-linSupervisorandRank：PengCheng-zhangProfessorFe3Si基合金涂层的制备与摩擦磨损性能研究学位类型学术型学位作者姓名杨佳霖作者学号150103020

2、04学科（专业学位类别)材料科学与工程研究方向（专业领域)表面物理化学导师姓名及职称彭成章教授实践导师姓名及职称所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年5月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的

3、复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要金属硅化物Fe3Si基合金具有较高的熔点，良好的耐磨性和高温抗氧化性，是一种潜在的高温结构材料。但是由于其极大的脆性，所以它的实际应用依然有所限制。用Fe3Si作为涂层材料，可避免其自身的脆性，从而扩展Fe3Si的应用领域。本论文以SiC与Cr粉为主要原料，在低碳钢表面制备Fe3Si基合金涂层。研究了烧结工艺参数和合金元素Cr、Mo、Si、Fe对涂层组织

4、结构和硬度的影响，探讨了Fe3Si涂层的反应机理，并对Fe3Si基合金涂层进行了摩擦磨损性能检测，得到了一些有用结论：（1）Fe3Si基合金涂层较合适的烧结工艺为：真空，烧结温度1110℃，保温时间60min。（2）Cr元素对SiC的分解与Fe3Si的形成有助催化作用。Cr含量低时，涂层组织由Fe3Si相和石墨相组成；随着Cr含量的增加，涂层中的C与Fe、Cr结合生成硬质的(Fe,Cr)7C3相，形成Fe3Si相+(Fe,Cr)7C3相的组织结构，涂层与基体连接更加紧密，涂层硬度提高；Mo元素与Si元素的添加，与Fe生成了新的相，即FeMoC相、Fe2Mo相与(Cr2.5Fe4.3Mo0.1

5、)C3相；Fe元素的过量添加，会使涂层中的Fe3Si相消失，出现的是Fe相、(Fe，Cr)相以及(Fe,Cr)7C3相。（3）铁与碳化硅在高温下发生mFe+nSiC=FemSin+nC的反应。根据热力学计算，在700-1200℃温度内，可以生成的产物有FeSi、FeSi2、FeSi2.33、FeSi2.43以及Fe3Si，由于生成Fe3Si的反应吉布斯自由能绝对值最大，所以反应易于生成Fe3Si。（4）Cr/SiC的质量比r为0.2的Fe3Si基合金涂层的摩擦系数最小，随着Cr含量的增大，摩擦系数会逐渐增大，但是磨损率却变小。在Cr/SiC的质量比r为0.6的前提下，添加了Mo与Si后所制备

6、的涂层，摩擦系数变大，其磨损率随着添加量的增多先下降，到达(Mo、Si)/SiC的质量比k为0.18后，磨损率的变化减小。在Cr/SiC的质量比r为0.4的前提下，添加了Fe所制备的涂层摩擦系数变大，相互之间的磨损率差别不大。Fe3Si基合金涂层的磨损机理主要为磨粒磨损，并伴有少量氧化磨损与黏着磨损。关键词：SiC；Cr；Fe3Si；烧结工艺；热力学计算；摩擦磨损性能iiiAbstractThemetalsilicideFe3Si-basedalloyhasahighmeltingpoint,goodwearresistanceandhightemperatureoxidationresis

7、tance,andisapotentialhigh-temperaturestructuralmaterial.However,duetoitsextremebrittleness,itspracticalapplicationisstilllimited.WithFe3Siasthecoatingmaterial,itsownbrittlenesscanbeavoided,therebyexpandingt