耐磨陶瓷—金属复合材料熔覆层的制备及特性研究

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陶瓷-金属复合材料既具备金属良好的塑形,也拥有增强相高硬度的特性,因其性能突出在工业和国防领域成为研究热点。基于激光熔覆技术的特点,采用了Nd:YAG激光器在45号钢上分别制备了WC和NbC增强Ni基熔覆层,通过扫描电镜和X射线衍射分析得到涂层的微观组织和相成分,通过硬度测试得到涂层硬度曲线;通过高温冲蚀实验比较了几种涂层耐磨性能好坏,并对涂层表面冲蚀后形貌进行分析。结果表明,通过激光熔覆在合理的工艺参数下制备得到的涂层整体致密,取得良好的效果;硬度测试结果表明同一材料增加增强相的比例能够提高涂层的硬度,而两种增强相在同一比例下发现含有WC的涂层硬度均高于NbC,其中硬度最高的为含有40%WC的涂层峰值达到了884.37HV;XRD检测结果发现在WC增强Ni基涂层中包含γ-Ni、W2C和Cr7C3,而在NbC增强Ni基涂层中发现了γ-Ni、NbC和FeNbO4;SEM及EDS结果显示涂层与基体达到良好冶金结合,随着增强相含量的增加涂层组织得到了一定的细化。WC增强Ni基涂层中以7-Ni为基体在晶界填充着几种元素形成的共晶组织,在涂层中部及下部存在浅灰色条状和白色颗粒的碳化物。而NbC增强Ni基组织与前者类似,只不过白色颗粒组织部分变成了花瓣状组织,这是由NbC晶体结构决定的;高温冲蚀实验数据显示,几种涂层在400℃下冲蚀率最低而800℃下冲蚀率最高,这是材料塑形特征和氧化现象综合导致的。研究角度对冲蚀影响时发现在400下涂层冲蚀率最大而900下最低,只不过在40%WC涂层中发现40°与60°的冲蚀率相差不大。另外在冲蚀初期存在孕育期对涂层冲蚀并不明显,之后趋于稳定。相比45号钢,几种涂层耐磨性能均得到不同幅度的提升;对涂层冲蚀后形貌分析发现在低含量增强型涂层中以微切削为主,而高含量增强相涂层中以挤压产生的脆化为主。
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