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等离子熔覆镍基涂层表界面特征及其热机械性能研究

肖强  
【摘要】:等离子熔覆技术制备的复合涂层能有效地结合自熔性合金和陶瓷颗粒两者的优势于一身,因此其复合涂层有着突出的表面性能,也正因其高强度,抗高温性能、抗磨性能良好,等离子熔覆复合涂层作为机械零部件被广泛用于特殊及恶略的环境中,例如机械制造、重型冶金、核工程、矿山开采、油气钻探等。表面工程技术可在节约经济的条件下改性涂层,在恶略工况下服役的零部件表面熔覆具有高性能的涂层已成为表面工程领域广泛研究的热点。本文利用等离子弧热源,在FV520B基体表面熔覆镍基合金粉末(Ni60、Ti、WC),制备出含增强相WC、Ti(C,N)的镍基复合熔覆层;并对熔覆层的微观组织、增强相的分布与熔覆层硬度、磨损性能、力学性能等之间存在的关系进行系统分析,研究了影响熔覆层组织及性能的因素及规律。采用增强相外加法制备Ni60+WC复合涂层(WC含量分别为0%、10%、20%和30%),分析添加第二相WC的含量对涂层组织性能的影响;并在熔覆过程中引入纵向磁场的作用,对比无磁与纵向磁场作用下,涂层组织及元素分布的变化趋势,得出结论:在纵向磁场为38mT时,涂层的硬度、抗磨损性能提升明显;涂层中第二相WC由块状变为溃散雪花状组织。通过将送粉气变为氮气,镍基粉末中加入不同比例的钛粉,在等离子弧高温作用下原位合成氮化物增强相,并探讨了增强相外加法与原位合成法共同作用对复合涂层组织性能的影响。通过MS软件建立双层结构金属模型,模拟熔覆过程。分析不同模型界面能的变化趋势,及其原子在相应模型下受温度影响的扩散趋势;并结合之前力学性能测试结果,将模拟结果与实验数据拟合,得到其微观变化规律。


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