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真空熔结稀土镍基—金属陶瓷复合涂层组织结构与性能的研究

霍影  
【摘要】:本文采用真空熔结的方法在45~#钢母材上获得稀土镍基—碳化钨复合涂层,借助SEM、X射线衍射和EDX研究了涂层横截面和纵截面的微观组织、涂层的相结构和母材与涂层界面处的组织特征,并通过对涂层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性的考察评估,研究和讨论了碳化钨以及碳化钨的含量和稀土的加入对涂层的组织结构、成分分布和性能的影响和作用机制。试验结果表明真空熔结NiCrBSi合金涂层在碳化钨和混合稀土(Ce+La)介入后,涂层的组织结构、合金元素的分布和各种性能都发生了显著的改变。表现为:真空熔结镍基—碳化钨涂层为Ni基固溶体和分布在固溶体上的针状相、块状相和WC相组成,随着WC含量的变化,涂层的组织也会随之发生变化;涂层与母材为良好的冶金结合;添加稀土元素的复合涂层减少或消除了针状组织,使组织更加细小均匀,并析出了新的化合物,如NiB;稀土元素改变了涂层中Ni、Cr、W等元素的分布,使涂层基体——镍基固溶体和某些硬质相中的Ni、Cr、W等元素含量发生变化;同时,稀土元素阻碍了母材一侧Fe原子向涂层的扩散,减缓了Fe原子对涂层的“稀释”作用,保证了涂层的化学组成。添加稀土元素后,涂层表面硬度和基体以及组成相的显微硬度都得到了大大提高;纵截面母材与涂层过渡区域的显微硬度变化变得较平缓,且在距界面0.60或0.80mm处出现峰值;涂层的耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性也得到明显的优化;涂层在NaCl溶液和NaOH溶液中有较强的耐腐蚀性,而在盐酸和硫酸中的腐蚀速率在同一数量级,而在硝酸中的耐蚀性最差。对比不同含量的WC,发现WC的影响较为复杂,涂层的组织和性能并不是随着WC含量的增加而变得更好,而是有一最佳的加入量。


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