等离子熔化沉积高温合金基耐磨自润滑复合材料组织及性能研究

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连续挤压在有色金属加工领域有着相当广泛的应用,然而高温高接触应力的工作环境使挤压机的关键零部件应具有高温持久强度高、高温耐磨及减摩性能好等特点。因此以在650℃内变形高温合金中屈服强度最高,且具有良好的抗疲劳、抗氧化性能的Inconel718作为基体;以熔点高、硬度高、高温稳定性好的TiC作为耐磨增强相;以层状结构、低剪切强度,且在600℃发生韧-脆转变的CaF2作为自润滑相;设计高温合金基耐磨自润滑复合材料,应当能够满足其工况。由于高温合金的机加工难度很大,选择等离子熔化沉积快速成型技术制备复合材料,无疑有利于复杂构件的成型以及复合材料中各组元的均匀分布。  本文以纯Inconel718粉末以及Incon el718-12Ti-10镍包石墨-15镍包氟化钙(wt.%)、Inconel718-12Ti-10镍包石墨-20镍包氟化钙(wt.%)、Inconel718-12Ti-10镍包石墨-25镍包氟化钙(wt.%)和Incon el718-12Ti-10镍包石墨-30镍包氟化钙(wt.%)四种混合粉末为原料,利用等离子熔化沉积快速成形技术制备了高温合金基耐磨自润滑复合材料和Inconel718对比试样。  利用XRD、OM、SEM、EDS等手段分析了快速成形Inconel718试样与复合材料的显微结构与相组成。结果表明:Inconel718试样组成相为γ"-Ni3Nb和γ-(Ni,Fe)固溶体;四种复合材料的组成相为TiC、γ"-Ni3Nb、CaF2和γ-(Ni,Fe)固溶体。复合材料组织细小且致密,TiC与CaF2均匀分布在γ-(Ni,Fe)固溶体基体中,γ"-Ni3Nb包覆着初生相TiC。  利用显微硬度仪测试了复合材料的硬度,结果表明复合材料硬度随CaF2含量的增加而略有下降但都明显高于Inconel718。利用销-盘式常温磨损试验机测试了复合材料的常温干滑动摩擦磨损性能,结果表明Inconel718对比试样常温耐磨性能较差,而复合材料由TiC起抗磨骨干作用,常温耐磨性能显著优于对比试样,且随着CaF2含量的增加,复合材料的常温耐磨性能提升。利用球-盘式高温磨损试验机测试了复合材料的高温干滑动摩擦磨损性能,结果表明Inconel718对比试样磨损表面发生剧烈的黏着磨损。而复合材料由于增强相TiC的引入,有效地抵抗了磨粒磨损;CaF2形成润滑膜,降低摩擦副间的剪切强度和摩擦系数,并抑制黏着磨损的发生。随CaF2含量的增加,复合材料耐磨性能提升。但CaF2含量过高会产生聚集现象,影响材料的均一性和力学性能。因而自润滑相CaF2含量应适当,即以Inconel718-12Ti-10镍包石墨-30镍包氟化钙(wt.%)成分粉末为原料制备的复合材料具有最好的高温耐磨性能,可用于高接触应力条件下的高温强磨损工况。
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