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WC/Ni基合金复合涂层耐磨性研究

董志红  
【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


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