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二十七、38CrMoAl钢表面搪瓷涂层的制备及性能

日期:24-06-25     时间:10:05 来源: 进口杀菌搪瓷钢板

二十七、38CrMoAl钢表面搪瓷涂层的制备及性能


表3.3 显示了搪瓷涂瓷层厚度与磨痕几何尺寸的关系。其他工艺参数均相同,烧结温度900℃,保温时间45min。经计算,不同厚度搪瓷涂层的磨损率如图3.12所示。结合表3.3和图3.12可以看出,厚度为256μm的搪瓷涂层(10号试样)耐磨性最好,116μm、352μm、470μm搪瓷涂层的耐磨性依次降低。在对磨过程中,搪瓷涂层的硬度、与基体的结合强度是影响搪瓷涂层耐磨性的主要因素。其中,搪瓷涂层的硬度决定于搪瓷涂层的致密度,而气孔率是影响搪瓷涂层致密度的主要因素。当厚度为256um时,搪瓷涂层与基体结合紧密,在摩擦过程中搪瓷涂层不易剥落,而且瓷层平整无气孔且硬度最高,磨粒很难嵌入、刮伤搪瓷涂层表面,因而耐磨性最好;而厚度过低或过高都会使得搪瓷涂层疏松多孔、硬度较低,在摩擦过程中气孔、裂纹等缺陷部位的颗粒极易剥落、形成裂纹,并随着磨损时间的增加裂纹持续扩展、连通,最终导致搪瓷涂层脱落,因而耐磨性较差。
 

 表3.3 不同厚度搪瓷涂层的磨痕宽度、磨损深度、摩擦系数与磨损率
搪瓷涂层厚度/μm 磨痕宽度/μm 磨损深度/μm 摩擦系数 磨损率/×10-13m³/N.m
116 1927 129.3 0.42 6.5
256 1468 75.8 0.44 2.9
352 3133 250 0.48 20.5
470 3513 550 0.46 50.5


图3.13为不同厚度搪瓷涂层的表面磨痕形貌。其他工艺参数均相同,烧结温度900℃,保温时间45min。
从图(a)中可以明显的看到切削作用过后留下的大量的犁沟、划痕和裂纹说明厚度过低制得的搪瓷涂层被烧灼,硬度下降,在对磨过程中,硬质颗粒极易嵌入瓷层表面对其造成切削,导致瓷层的脱落甚至断裂。
图(b)中可看到较少的瓷层颗粒的脆性剥落,这是由于厚度适中使搪瓷涂层颗粒间结合紧密,结合力较大,硬度较高,对磨过程中,硬质颗粒难以压入瓷层内部,瓷层中颗粒与颗粒之间也难以分离,因而只能看到少量的搪瓷涂层颗粒剥落现象。
图(c)中可以明显的看出对磨过后,磨痕表面十分粗糙,大部分区域主要呈岩洞形状,而且瓷层中有大量的孔洞,表明瓷层较厚导致烧结不充分,瓷层内部疏松多孔,随着磨损时间的延长,接触点的搪瓷釉料受到循环载荷的作用发生较为严重的脆性剥落特征,各孔洞处的瓷层颗粒在硬质颗粒的作用下集体脱落。
图(d)中可看到磨痕表面有一道极深的裂纹。这是由于涂层过厚,瓷层与金属基体间存在较大的因收缩不均导致的残余应力,对磨过程中,在残余应力与硬质颗粒对搪瓷涂层施加的作用力的共同作用下使得瓷层脆性碎裂、剥落,碎裂部位处的占上裂纹随着磨损时间的延长不断扩展、连通,形成大而深的巨型裂纹,最终成块状、大片状脱落。

结合表3.3与图3.13可知,厚度为116μm的搪瓷试样对磨过后(其烧结温度900℃,保温时间45min。)不仅瓷层中裂纹较多,而且已被磨穿,失去了对基体的保护作用。为了进一步检验116μm厚的搪瓷涂层(为便于观察,记为①号试样)是否被磨穿,用EDAX能谱仪对图3.13(a)中的白色颗粒的成分进行了分析,并与耐磨性最高且厚度为256μm的搪瓷样品(10号试样)中白色颗粒的成分进行了对比与分析,结果见图3.14与表3.4。就图 3.14 中磨痕处颗粒的元素分布而言,从表 3.4 可以非常明显的看出,厚度为116μm 的搪瓷试样的 Fe 的含量远远超过了厚度为256μm的搪瓷试样的Fe含量,由此更加确定了在同等的摩擦条件下,厚度为116μm的搪瓷试样对磨过后,瓷层完全脱落,基体被裸露在空气中,可见烧成工艺不合理制得的搪瓷涂层耐磨性能不佳,对基体无法起到保护作用,厚度为256μm的瓷层磨屑中Fe含量极少,这是由于基体与瓷层相互扩散渗透所致,不仅不会降低其耐磨性能,且有益于基体与瓷层间结合强度的提高。


表3.4 搪瓷涂层磨痕颗粒EDS 分析结果(质量分数)
区域 Fe Si O Ni Ca Ti Al Na Co
1 16.01 22.12 52.70 0.49 1.61 1.33   5.64  
2 0.11 28.7 54.77 1.04 1.83 1.52 1.94 9.65 0.40



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