【摘要】：模具常常在高溫、高壓、腐蝕等特殊環(huán)境下工作,因此磨損、腐蝕和疲勞失效是影響模具壽命的重要因素。由于失效多發(fā)生于模具表面,常常采用表面工程技術(shù)來提高模具表面性能進(jìn)而延長模具的使用壽命。采用高頻感應(yīng)熔覆技術(shù)在模具表面制備顆粒增強(qiáng)Ni基復(fù)合覆層具有加熱效率高、污染少、成本低等優(yōu)點。目前,通過感應(yīng)熔覆技術(shù)制備金屬陶瓷覆層一般都采用與Ni浸潤性好且電阻率較低的WC和Cr_3C_2等作為增強(qiáng)相,而采用TiC作為增強(qiáng)相的幾乎沒有。TiC作為一種理想的陶瓷增強(qiáng)相具有優(yōu)異的機(jī)械性能與化學(xué)性能,但是使用感應(yīng)熔覆制備TiC增強(qiáng)Ni基合金時仍然存在一些技術(shù)難點,如TiC顆粒與Ni基合金之間的浸潤性差及Ti C陶瓷顆粒電阻率高導(dǎo)致感應(yīng)加熱效率低下等。因此,研究通過化學(xué)鍍Ni包覆Ti C顆粒來改善浸潤性差及電阻率高的問題,以及通過陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合涂層改善材料的表面性能,具有重要的實際應(yīng)用價值和探索意義。本文通過化學(xué)鍍的方法制備了Ni包TiC顆粒,并采用感應(yīng)熔覆技術(shù)在H13鋼表面制備了純Ni60涂層及Ni包TiC+Ni60涂層。利用X射線衍射儀、場發(fā)射掃描電鏡和能譜儀分析了涂層物相和微觀組織結(jié)構(gòu),利用顯微硬度儀測定了涂層表面硬度,通過熔蝕試驗和熱疲勞試驗分析了涂層抗鋁液、抗銅液熔蝕能力和抗熱疲勞性能。結(jié)果表明:(1)采用化學(xué)鍍的方法在Ti C表面包覆了完整致密的Ni-P合金鍍層,鍍層厚度為1.2μm。經(jīng)過包覆的Ti C與涂層中的Ni基合金之間的浸潤性有所提高,同時通過包覆金屬Ni使TiC顆粒的電阻率下降,有效提高了涂層感應(yīng)加熱的效率。(2)最佳熔覆工藝為:使用水玻璃作為粘結(jié)劑,涂敷涂層厚度1.0mm,先在200A電流下預(yù)熱20s后,再在800A電流下加熱15s,自然冷卻后即得涂層。(3)純Ni60涂層主要由γ-(Fe,Ni)、Cr_7C_3、Ni_3Si、Cr B組成,涂層中分布著一些針條狀、塊狀組織。添加TiC之后涂層的電阻率上升,導(dǎo)致涂層受熱不充分,Ti C+Ni60涂層未形成良好覆層。Ni包TiC+Ni60涂層主要由γ-(Fe,Ni)、Cr_(23)C_6、Ni_3Si、TiC組成,涂層主要由致密的共晶組織及硬質(zhì)增強(qiáng)相組成。Ni60涂層和Ni包TiC+Ni60涂層的表面硬度分別為839.6HV、982.90HV,均比H13鋼基體的硬度367.08HV提升了許多。(4)1h鋁液熔蝕試驗后,Ni60涂層和Ni包Ti C+Ni60涂層均表現(xiàn)出了優(yōu)異的抗鋁液腐蝕能力,涂層良好隔絕了鋁液和基體的直接接觸,提高了H13鋼基體的抗鋁液熔損能力。1h銅液熔蝕試驗后,Ni包Ti C+Ni60涂層的抗銅液腐蝕能力優(yōu)異,被腐蝕區(qū)厚度20μm;Ni60涂層和H13鋼基體在銅液的腐蝕下表面均出現(xiàn)凹坑,被腐蝕區(qū)厚度50μm。(5)經(jīng)受900次冷熱循環(huán)的沖擊之后,基體H13、Ni60涂層、Ni包TiC+Ni60涂層均出現(xiàn)一定程度的熱疲勞失效。H13鋼基體熱疲勞的失效形式為表面層片狀脫落,Ni60涂層熱疲勞的失效形式為表面應(yīng)力作用下的裂紋萌生及長大,Ni包TiC+Ni60涂層熱疲勞的失效形式為第二相夾雜相Ti C處產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致裂紋萌生及長大。
【學(xué)位授予單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG174.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2782488