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《江苏科技大学》 2019年
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真空包覆WC-10Ni/NiCrBSi复合涂层热疲劳性能研究

马秋杰  
【摘要】:本文采用柔性金属布制备技术与真空钎焊技术,在Q235基体表面制备由两种制造工艺不同的WC-10Ni颗粒组成的WC-10Ni/NiCrBSi包覆涂层。借助扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪以及金相显微镜等对包覆涂层的宏观形貌、微观结构、物相组成进行研究,通过全自动显微硬度计分析了涂层截面硬度分布,采用电子万能试验机测定了涂层与基体的结合强度,采用自制冷-热疲劳设备研究了不同温度下复合涂层热疲劳行为以及热疲劳裂纹萌生与扩展机理。研究结果表明:柔性金属布的成分配比及种类对包覆涂层成型有显著影响。柔性金属布中WC-10Ni和NiCrBSi成分配比为50%时,涂层成型最好;柔性金属布中团聚烧结法制备的WC-10Ni颗粒配比过高,涂层易开裂,而机械合金化制备的WC-10Ni颗粒配比过低,则涂层无法成型。随着钎焊温度升高,含有团聚烧结法制备的WC-10Ni颗粒的包覆涂层分层愈发明显,其结构分为表面层、硬质层和扩散层,而含有机械合金化制备的WC-10Ni颗粒的包覆涂层,随着钎焊温度升高其结构仅包含硬质层和扩散层,无表面层。团聚烧结法制备的WC-10Ni颗粒在涂层中的溶解度小于机械合金化制备的WC-10Ni颗粒在涂层中溶解度。真空钎焊包覆涂层的工艺参数对涂层力学性能具有明显影响。随钎焊温度升高,WC-10Ni颗粒溶解剧烈导致涂层显微硬度下降;含有团聚烧结法制备的WC-10Ni颗粒的包覆涂层其显微硬度总体大于机械合金化制备的WC-10Ni颗粒的涂层。在本文试验范围内,对于含有团聚烧结法制备的WC-10Ni颗粒的包覆涂层,随钎焊温度升高,其结合强度提高,当钎焊温度为1080℃时,结合强度最高为351.5Mpa;对于含有机械合金化制备的WC-10Ni颗粒的包覆涂层,随钎焊温度升高,涂层结合强度下降,当钎焊温度为1030℃时,结合强度最高为365.1Mpa。试验上限温度对热疲劳裂纹的萌生和扩展有显著影响。在本文试验条件下,试验温度为500℃时,裂纹萌生孕育期长且扩展速度慢,增加循环次数涂层宏观上无开裂现象;试验温度为600℃时,裂纹孕育期缩短且扩展速度加快,涂层表面WC-10Ni颗粒的氧化将影响涂层热疲劳性能,循环200次左右涂层开裂;试验温度为800℃时,裂纹几乎没有孕育期且裂纹扩展速度很快,循环100次后涂层表面及涂层与基体连接处现明显开裂。热疲劳裂纹在WC-10Ni/NiCrBSi包覆涂层中的微观分析结果表明:裂纹扩展的途径主要为:1)穿过WC颗粒聚集区域的扩展;2)连接块状碳化物自身裂纹扩展;3)沿WC颗粒和基体边界扩展;4)裂纹在WC颗粒脱落形成的空洞处继续萌生和扩展。
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