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原位合成碳化钨增强金属陶瓷涂层的基础研究

任莹  
【摘要】: 碳化物陶瓷中的碳化钨陶瓷因具有极高的熔点、高的化学稳定性、高的硬度和优异的耐磨耐蚀性,已成为近年来金属陶瓷研究的热点之一。本文采用钨极氩弧堆焊设备,通过原料粉末之间的高温冶金反应,在堆焊过程中原位合成碳化钨金属陶瓷涂层。 论文采用磨料磨损为主要实验方法,应用硬度计、金相显微镜、扫描电镜、能谱仪等材料分析手段以及磨料磨损试验机等试验设备,对所制备的涂层试样的组织结构进行了观察分析,并且研究了涂层的耐磨料磨损性能。在涂层基体上弥散分布着大量的碳化物、硼化物硬质相,涂层与母材形成牢固的冶金结合。 复合涂层的硬度远远高于母材的硬度,在以钨粉与碳化硅为原料制备的涂层中,母材的平均硬度为215HV,涂层的硬度最高达到824HV;在以钨铁与石墨为原料制备的涂层中,母材的平均硬度为172HV,涂层的硬度最高达到698HV;在以钨铁与碳化硅为原料制备的涂层中,母材的平均硬度为252HV,涂层的硬度最高达到665HV;在以钨铁与碳化硼为原料制备的涂层中,母材的平均硬度为202HV,涂层的硬度最高达到882HV;在以钨粉与碳化硼为原料制备的涂层中,母材的平均硬度为193HV,涂层的硬度最高达到897HV。 在常温磨料磨损条件下,钨粉与碳化硅为原料制备的试样的耐磨性最好,是等离子弧堆焊法制备的镍基碳化钨(WC质量分数为60%)涂层试样(对照试样)的2.24倍;钨铁与石墨为原料制备的试样的耐磨性是对照试样的1.82倍;钨铁与碳化硼为原料制备的试样的耐磨性是对照试样的1.15倍;钨粉与碳化硼为原料制备的试样的耐磨性是对照试样的1.16倍;钨铁与碳化硅为原料制备的试样的耐磨性最差,是对照试样的0.84倍。 本课题的研究结果表明,在钨极氩弧为热源的条件下,能获得性能良好的高温涂层,为碳化钨复合涂层在工业中的实际应用提供了理论基础。


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