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激光熔覆碳化钨颗粒增强镍基合金梯度涂层的研究

戎磊  
【摘要】:运用激光熔覆技术制备的WC颗粒增强Ni基合金涂层以优良的耐磨性能在当前得到了广泛应用。然而Ni基合金与WC硬质相之间存在较大的性能差异,WC容易沉积于结合界面,出现应力集中并产生裂纹等问题。制备WC含量从表面至界面呈梯度分布的Ni/WC复合涂层,则可以较大地缓解热应力,有效解决涂层裂纹问题,并获得优异的力学性能。 本文主要研究利用多层叠加激光熔覆制备WC颗粒增强Ni基合金梯度涂层。通过优化激光熔覆工艺得到良好的涂层成形效果,并利用预热措施有效解决裂纹问题,同时观察分析涂层的微观组织,测试其力学性能,最终得到性能优异的WC颗粒增强Ni基合金梯度涂层。 研究结果表明,单道熔覆过程中,随WC含量增加,熔覆层的稀释率逐渐增大,熔覆层上部γ-Ni枝晶先粗化后变细,熔覆层下部的γ-Ni枝晶组织由于稀释率增加而持续增多。不同WC含量的单道熔覆层中,WC溶解形成的碳化物析出后分别以树枝状、块状与粒状等形态存在。单道熔覆层平均硬度随WC含量的增加而增加,当WC质量分数增加到30%时,熔覆层平均硬度可达到基体的4.3倍。对基板采取350℃预热可取得比较理想的熔覆效果,与未预热时相比,350℃预热条件下Deloro60搭接熔覆涂层裂纹完全消除,且熔覆层硬度下降的程度很有限,可作为制备梯度涂层一个良好的基础。在此基础上制备的WC颗粒增强Ni基合金梯度涂层的微观组织主要由γ-Ni枝晶,γ-Ni、Ni_3B、Ni_3Si等组成的多元共晶及弥散分布的M_6C、M_(23)C_6、M_7C_3、Cr_B等强化相构成。Ni/WC梯度涂层中从下往上随WC含量增加而形成的强化相数量逐渐增多,种类也呈现出有层次的分布,γ-Ni枝晶则逐渐减少。Ni/WC梯度涂层的显微硬度从界面到表面连续增大,表面最高硬度可达到1400 HV,约为基体硬度的8倍。各梯度亚层的显微硬度均高于相应成分的单道熔覆涂层,整个梯度涂层平均显微硬度达960 HV,约为基体硬度的5.6倍。摩擦磨损试验结果显示,Ni/WC梯度涂层表面的耐磨性可达到CCS-B基材的3.8倍,显示了优异的耐磨性能。


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