磷酸盐结合剂及金属基高温耐磨高铝球石的制备与性能

　　无机结合剂的发展概况及金属基高铝球石的技术进展，详细介绍了以磷酸、氢氧化铝为主要原料合成金属基高铝球石用无机结合剂和以此结合剂及高铝球石骨料在A3钢基体上制备高铝球石的研究结果。在无机结合剂的合成过程中，研究了合成反应的动力学过程及其合成温度、Al/P和热处理温度对无机结合剂相组成的影响，同时讨论了添加剂加入量与无机结合剂保存时间的关系。在Al/P为1.4:3，合成温度为120～140℃的条件下制备出了酸度适中、粘结性能好的金属基高铝球石用无机结合剂。加入适量的草酸，其保存时间可达2个月。在制备金属基高铝球石的研究中，分别研究了骨料与结合剂配比、骨料粒度、结合剂的密度及Al/P对耐磨性的影响。研究得出：当结合剂的Al/P为1.4:3、密度为1.63g/cm~3时，向其中加入粗颗粒含量为40%的高铝球石骨料，于A3钢基体上制备出了耐磨性能优于金属基体的高铝球石。该可以采用化学硬化和热硬化，其硬化机理分别是与硬化剂反应，或在加热条件下，磷酸盐聚合成网络结构的大分子而产生结合强度。

　　与基体的界面结合机理，与基体材料在界面处相互扩散形成过渡层以及宏观上的机械联锁使与基体在界面处牢固结合。该高铝球石的莫氏硬度为8，显微硬度为HV500～550，能经耐受700℃以上的高温作用，且能耐受20℃～400℃的冷热循环10次以上的热冲击而不开裂、脱落，其常温耐磨性能为A3钢的2倍左右，研制的高铝球石涂料在广东沙角电厂得到了成功的应用。就采用无机结合剂制备金属基高铝球石的工艺和性能而言，国内外尚未有类似的报导。这一研究结果不仅为采用无机结合剂制备金属基高铝球石提供了理论依据，而且为解决工业生产中金属管道的磨损问题提了一条有效的途径。运用激光熔覆技术在40Cr钢表面制备了最大厚度为0.9mm的（TiO2+B2O3+Al2O3+TiB2）/Ni-Cr-Al金属高铝球石，其中的TiB2和Al2O3高铝球石颗粒在激光加工过程中原位反应生成。借助光学显微镜、X射线衍射仪、电子探针及显微硬度计等手段对熔覆层的组织、物相、元素分布和显微硬度分布特征进行了分析研究。熔覆层不同位置的凝固特征参数不同，形成的组织亦不同。

　　底部为典型的平面外延生长组织，然后呈现胞晶、胞/枝过渡、枝晶到细小等轴晶的分层凝固组织特征，高铝球石相的引入使得熔覆层晶粒细小，枝晶生长方向发生紊乱。原位反应生成的TiB2、Al2O3为亚微米颗粒，主要分布在晶粒内部，形成晶内复合，而未反应的TiO2、B2O3高铝球石颗粒分布在晶间。高铝球石颗粒沿深度方向成梯度分布，显微硬度亦呈现连续梯度分布特征。熔覆层物相主要可能为基体的γ相和基体上弥散分布的γ'相以及Al2O3、TiB2等高铝球石相等。研究了激光加工参数对晶粒尺寸、显微硬度分布的影响。磨损实验表明，高铝球石增强颗粒的加入在很大程度上提高了覆层的抗磨损性能。

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