在真空和基體預(yù)熱200℃條件下,采用激光熔覆技術(shù)在45鋼基體表面制備WC增強(qiáng)鎳基合金涂層,研究了涂層的宏觀與微觀形貌、物相組成、硬度和耐磨性能,并與在大氣環(huán)境氮?dú)庵贝当Ｗo(hù)和基體未預(yù)熱條件下激光熔覆涂層的進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明:在真空和基體預(yù)熱條件下,涂層中不存在裂紋與氣孔,組織均勻致密,以胞狀晶為主;涂層物相主要由Cr₂₃C₆、Cr₃C₂、γ-Ni、FeNi組成,Cr₂₃C₆硬質(zhì)相含量低于在大氣環(huán)境氮?dú)庵贝当Ｗo(hù)和基體不預(yù)熱條件下的;涂層的平均顯微硬度為751.14HV,比在大氣環(huán)境氮?dú)庵贝当Ｗo(hù)和基體不預(yù)熱條件下的低約85.43HV;涂層的穩(wěn)定摩擦因數(shù)為0.50,表面磨痕橫截面積約為0.4×10^-3 mm²,比在大氣環(huán)境氮?dú)庵贝当Ｗo(hù)和基體不預(yù)熱條件下的分別降低約23%和58%,耐磨性能顯著提高。 

【文章來源】：機(jī)械工程材料. 2020,44(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

不同試樣的宏觀形貌

由圖3可以看出：1#試樣涂層的物相主要由Cr23C6、Cr3C2、γ-Ni、FeNi組成；2#試樣涂層的物相主要由Cr23C6、CrB、γ-Ni、FeNi3組成�？芍趦煞N工藝條件下制備的涂層都是由鎳基固溶體和金屬間化合物組成的。涂層中均未出現(xiàn)WC相，這是因?yàn)樵诖蠹す夤β氏�，涂層表面的WC極易燒損或分解成W2C和C，分解出的碳元素與其他元素形成新的碳化物[11]。涂層中的鉻和碳元素在一定條件下會(huì)發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)鉻含量較高時(shí)生成Cr23C6相，當(dāng)鉻含量較低時(shí)生成Cr3C2相。Cr23C6相為尺寸較大的硬質(zhì)相，會(huì)增加涂層的硬度和脆性，從而增大裂紋產(chǎn)生的可能性。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，1#試樣涂層中Cr23C6相的含量明顯低于2#試樣涂層中的。這主要是由于在真空和基體預(yù)熱條件下，熔池中液體的流動(dòng)性好，元素?cái)U(kuò)散速率加快，涂層中的元素分布更均勻，元素聚集現(xiàn)象減弱，涂層中碳含量相對(duì)升高，鉻含量相對(duì)降低，從而促進(jìn)Cr23C6相向細(xì)小的Cr3C2相轉(zhuǎn)變，因此涂層中的鉻碳化物主要以Cr3C2相的形式存在。由此可知，真空環(huán)境與基體預(yù)熱可以減少涂層中粗大的硬質(zhì)相組織，從而降低開裂傾向[12]。2.3 顯微硬度

由圖2可以看出：不同試樣的涂層與基體間均有一條明亮的結(jié)合帶，說明兩種工藝下基體與涂層間均形成了良好的冶金結(jié)合[9];1#試樣涂層組織主要為胞狀晶，組織均勻致密，涂層中不存在裂紋和明顯的氣孔；2#試樣涂層組織多為樹枝晶和柱狀晶，組織粗大且不均勻，涂層中存在氣孔和貫穿整個(gè)涂層的裂紋，并延伸到基體，同時(shí)還存在WC聚集區(qū)和硬質(zhì)相聚集區(qū)。在真空環(huán)境中，熔池內(nèi)液體的流動(dòng)性較好，產(chǎn)生的氣體可在內(nèi)外壓差的作用下于短時(shí)間內(nèi)快速從熔池中逸出，因此涂層中未見明顯的氣孔；基體預(yù)熱可減小涂層的溫度梯度，降低裂紋出現(xiàn)的可能性，同時(shí)促進(jìn)鐵元素向涂層擴(kuò)散，降低涂層的熔點(diǎn)，提高液體的流動(dòng)性，使熔池內(nèi)成分更均勻[10]，因此涂層組織致密均勻，且主要為胞狀晶。在大氣環(huán)境氮?dú)庵贝当Ｗo(hù)、基體不預(yù)熱條件下，熔池內(nèi)液體流動(dòng)性差，成分不均勻，在結(jié)晶時(shí)易發(fā)生枝晶偏析，從而形成樹枝晶和柱狀晶；同時(shí)液體流動(dòng)性差還會(huì)導(dǎo)致成分聚集，使涂層在靠近結(jié)合帶的區(qū)域出現(xiàn)WC聚集區(qū)和硬質(zhì)相聚集區(qū)。此外液體流動(dòng)性差還會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的氣體無法及時(shí)從熔池中逸出，因此涂層中存在明顯的氣孔。當(dāng)基體未預(yù)熱時(shí)，熔體過冷度大，使得涂層中產(chǎn)生過大的殘余熱應(yīng)力，導(dǎo)致涂層在WC聚集區(qū)和硬質(zhì)相聚集區(qū)產(chǎn)生了貫穿整個(gè)涂層的裂紋，并延伸到基體。由圖3可以看出：1#試樣涂層的物相主要由Cr23C6、Cr3C2、γ-Ni、FeNi組成；2#試樣涂層的物相主要由Cr23C6、CrB、γ-Ni、FeNi3組成�？芍�，在兩種工藝條件下制備的涂層都是由鎳基固溶體和金屬間化合物組成的。涂層中均未出現(xiàn)WC相，這是因?yàn)樵诖蠹す夤β氏�，涂層表面的WC極易燒損或分解成W2C和C，分解出的碳元素與其他元素形成新的碳化物[11]。涂層中的鉻和碳元素在一定條件下會(huì)發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)鉻含量較高時(shí)生成Cr23C6相，當(dāng)鉻含量較低時(shí)生成Cr3C2相。Cr23C6相為尺寸較大的硬質(zhì)相，會(huì)增加涂層的硬度和脆性，從而增大裂紋產(chǎn)生的可能性。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，1#試樣涂層中Cr23C6相的含量明顯低于2#試樣涂層中的。這主要是由于在真空和基體預(yù)熱條件下，熔池中液體的流動(dòng)性好，元素?cái)U(kuò)散速率加快，涂層中的元素分布更均勻，元素聚集現(xiàn)象減弱，涂層中碳含量相對(duì)升高，鉻含量相對(duì)降低，從而促進(jìn)Cr23C6相向細(xì)小的Cr3C2相轉(zhuǎn)變，因此涂層中的鉻碳化物主要以Cr3C2相的形式存在。由此可知，真空環(huán)境與基體預(yù)熱可以減少涂層中粗大的硬質(zhì)相組織，從而降低開裂傾向[12]。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3401210