WC/Ni基合金复合涂层耐磨性研究

【摘要】：本文采用XRD、SEM、显微硬度和磨损试验等方法对比研究了热喷焊、热喷涂、真空熔结和激光熔覆处理的热喷焊、热喷涂工艺下的Ni60、35％WC+Ni60、35％Cr-WC+Ni60三种涂层的微观组织和磨损特性，综合分析了各种不同工艺下涂层组织和耐磨性能。铬包碳化钨采用直流磁控溅射的方法，膜厚平均为3～5μm。热喷焊Cr-WC-Ni60涂层的耐磨性较好，但表面光洁度不高；真空熔结Cr-WC-Ni60涂层的耐磨性是WC-Ni60涂层的耐磨性的2.26倍。说明Cr包WC在一定程度上阻止了WC分解，提高了涂层的耐磨性能。磨损机理主要是粘着磨损和磨粒磨损。 在热喷焊涂层中，WC和Cr-WC粒子呈嵌入式分布在Ni基合金中，涂层与基体的结合状态为冶金结合，表面形貌来看，涂层表面比较粗糙，大颗粒的WC粒子很清晰。激光熔覆处理后，表面缺陷减少，致密性提高，WC周围的Cr向四周呈树枝状伸展，与Ni基合金达到了很好的熔合。同种工艺下，耐磨性变化大小为Cr-WC-Ni60＞WC-Ni60＞Ni60，随着硬质相的增加和Cr-WC对硬质相的保护，使得硬度呈阶梯状上升。 热喷涂涂层均呈堆积状态的片层组织特征，片层间有明显的氧化膜，与基体间的结合状态为机械结合，涂层中存在较多的孔洞、裂纹等缺陷，涂层质量较差。经过激光熔覆处理后，微观组织来看，涂层中粗大的粒子和怪片状组织、孔洞、裂纹等缺陷大为减少，表面光洁度和致密度提高，组织细小均匀，重熔层与基体形成了良好的冶金结合界面，但重熔层硬度 四川大学硕士学位论文 和耐磨性能显著降低，其原因是激光熔覆处理后，由于温度过高，造成表 面烧损的缘故。在次表层，能谱分析表明，Cr-WC一Ni60涂层的硬质相比 WC一160涂层的多，是因为WC密度大，在重熔时下沉造成“偏聚”，使得 表面硬度降低，次表层耐磨性提高。磨损机制也发生了明显的转化。 真空熔结中，涂层表面都得到了很好的熔合，组织逐渐细化，共晶化合 物数量增多，增加了涂层合金元素的固溶度，涂层结合紧密，达到了良好 的冶金熔合状态，没有明显的扩散层，铬膜呈枝晶状生长，Cr--WC涂层比wC 涂层的耐磨性提高了2.26倍，表面缺陷也较少。三组实验对比研究表明: Cr包耗在阻止WC分解上，起到了一定的作用，提高了涂层的耐磨性，真 空熔结C卜WC一Ni60涂层的耐磨性最好。 关键词:Ni60 WC涂层磨损