利用石墨部分包覆粉末增强等离子喷涂铁基非晶涂层的力学性能与耐磨性

本文系统研究了石墨部分包覆粉末对等离子喷涂（Plasma Spraying）Fe基非晶涂层微观结构、力学性能及耐磨性的影响。实验表明，石墨通过改善层片间结合、降低摩擦系数（Coefficient of Friction）和氧化磨损，显著提升涂层性能。数值模拟进一步揭示石墨对粉末加热行为的促进作用。该研究为开发高性能耐磨涂层提供了新策略。

　　

Section snippets

Preparation of powders

采用商业Fe基非晶粉末（中国成都科泰隆合金有限公司）和石墨粉末（上海港龙集团）为原料。Fe基非晶粉末（图1a）呈近球形，平均粒径约50μm，其化学成分见表1。选用三种不同平均粒径（2.5μm、12.5μm和38.5μm）的石墨粉末（图1b-d）制备石墨部分包覆的复合粉末。

The microstructure of coatings

图3展示了四种涂层的表面形貌。所有涂层均呈现典型热喷涂特征，包括孔隙（绿色圆圈）、未熔融颗粒（黄色圆圈）和半熔融颗粒（橙色圆圈）。涂层I-IV的表面粗糙度分别为15.71±0.33μm、12.26±0.14μm、10.25±0.22μm和9.81±0.13μm，呈现明显下降趋势。涂层I的最高粗糙度归因于大量未熔融和半熔融颗粒的存在。

Influence of graphite on the heating and oxidation behavior of powders in plasma jets

为深入研究Fe基非晶粉末的温度演变过程，通过数值模拟计算了四种粉末的温度历史。图12显示了等离子射流中四种粉末表面温度与中心温度随时间的变化曲线。所有粉末均呈现相似的加热模式：进入等离子射流后，粉末表面温度迅速升高，中心温度随之急剧上升。

Conclusions

本研究通过等离子喷涂制备了四种Fe基非晶涂层，系统探究了石墨对涂层微观结构、相组成、力学性能和耐磨性的影响，并数值模拟了粉末在等离子射流中的加热行为。主要结论如下：

(1) 增加Fe基非晶粉末的石墨包覆率显著改善熔融行为并降低涂层氧含量。