反应等离子喷涂TiC/Co-Ni合金复合涂层的制备与性能研究

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本课题以石墨粉和钛粉为原料,通过喷雾造粒技术制备出适用于喷涂的Ti-C复合粉,并将复合粉添加到Co-Ni合金粉中,利用Ti和C之间的自蔓延反应形成TiC,制备出满足在高温条件下耐磨损的TiC/Co-Ni合金复合涂层。主要研究了Ti-C复合粉添加量对复合涂层显微组织结构和性能(硬度、常温摩擦磨损、抗热震性能、高温氧化、高温摩擦磨损)的影响。在钴基合金粉中添加Ti-C复合粉后,经反应等离子喷涂得到的复合涂层物相中检测到了TiC相的生成,同时还含有合金粉中的主相Co,次相Fe3Ni3B和Ni31Si12。将Ti-C复合粉添加到钴镍合金粉中,得到的复合涂层的主相为TiC和Ni-Cr-Co-Mo,次相为Ti O和Ti2O,说明喷涂过程中有少量的Ti粉被氧化。TiC相与合金相相互堆叠,呈层状分布,致密度较高。随着Ti-C复合粉添加量的增加,复合涂层的孔隙率呈现上升的趋势,显微硬度随之先增加后减少,添加量为15wt.%时,复合涂层的显微硬度最高,钴基合金复合涂层为1035.3 HV0.2,钴镍合金复合涂层为854 HV0.2。在室温条件下复合涂层的耐磨损性能得到明显的提升,通过分析涂层磨痕形貌发现,涂层的磨损机理主要为磨粒磨损和黏着磨损。热冲击实验结果表明:900℃水淬热震条件下复合涂层的抗热震性能要好于单一的合金涂层,其中15wt.%TiC/Co-Ni合金复合涂层的抗热震性能为最优,热震次数为47次。并对Co-Ni合金涂层和15wt.%TiC/Co-Ni合金复合涂层的抗高温氧化和高温磨损行为进行了研究,试验结果表明:涂层在经过高温氧后涂层中有氧化物Cr2O3和Co Cr2O4(Ni Cr2O4)的生成,复合涂层中还有Ti O2的生成。通过对涂层氧化动力学曲线的研究发现涂层的氧化随着时间的延长和温度的升高存在着动态变化。在600℃到800℃条件下的高温磨损,由于氧化膜具有一定的润滑作用,使涂层的高温摩擦系数呈现出随温度的升高而降低的趋势。复合涂层在800℃条件下的高温磨损性能要优于合金涂层,涂层在高温条件下的磨损机制由磨粒磨损和粘着磨损向氧化磨损转变。
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