熔覆层的热稳定性分析

本章第4.1节中通过试验证实了熔覆用的合金粉末为非晶态，为了获得熔覆粉末Fe34Co34B20Si5C3Nb4的临界冷却速率Rc，采用经验公式进行估算［136］：

Rc=5.1×1021exp（-117.19γ）（45）

式中：γ是一个评价合金体系非晶形成能力的参数，无量纲，其公式表达为［24］

其中，TN为非晶态合金开始晶化温度；Tg为合金的玻璃转变温度；Tl为液态熔体的温度（合金熔化结束时的温度）。

对熔覆试验中用的粉末进行DSC分析，图4-42（a）、（b）分别是在0.17K/s的加热和冷却速率下得到的DSC曲线。图4-42（a）中，在750～860K的温度区间，可以观察到对应于玻璃转变的吸热反应，利用切线法得到玻璃转变温度Tg=802K（529℃），初始晶化温度TN=859K（586℃），图4-42（b）中可以得到在降温过程中液态熔体温度Tl=1361K（1088℃）。将Tg、TN和Tl的值代入式（4-5）和式（4-6）可得该合金体系形成非晶的参数临界冷却速率Rc为31.3K/s。Bao等人研究类似体系（Fe36Co36B19.2Si4.8Nb4at.%）中，根据公式（4-5）和（4-6）计算他们所得到的大块非晶的临界冷却速率Rc为53.3K/s，此外，在激光熔覆条件下，其冷却速度可达103-106K/s，因此，所选熔覆粉末在激光熔覆条件下比较容易获得非晶相。

图4-42 Fe34Co34B20Si5C3Nb4非晶粉末的DSC曲线

（a）升温 （b）降温

根据粉末的DSC曲线可以得到，过冷液相区ΔTx（ΔTx=Tx-Tg）为57℃。约化玻璃转变温度Trg（Trg=Tg/Tl）为0.58，与Shen［109］和Fu［137］等人在研究相似成分下制备的大块非晶的ΔTx=50℃，Trg=0.61的值相接近。

图4-43是FeCoBSiCNb非晶复合涂层在加热速率为0.17℃/s的条件下获得的DSC曲线，从图中可以观察到对应于玻璃转变的吸热反应过程，用外推切线法得到的玻璃转变温度Tg为526℃，初始晶化温度Tx为577℃，因此可以计算出晶化放热之前的过冷液相区为51℃，在Fe基系非晶合金中相对较高，因此这表明激光熔覆得到的非晶复合涂层拥有较高的热稳定性，但是，与分析的熔覆粉末的过冷液相区（57℃）相比低了6℃，根据第4章中对熔覆层的相、组织的分析可以发现，熔覆粉末经过激光加热熔化然后在基体上快速凝固的过程中，熔覆层中出现了NbC颗粒相弥散的分布在非晶相上，这种晶体颗粒相的存在会在温度升高时成为形核、长大的质点，进而降低了熔覆层的热稳定性［138］。从图4-43中的局部放大可以发现熔覆层的玻璃软化温度在393℃。

图4-43 FeCoBSiCNb非晶复合熔覆层的DSC曲线