激光熔覆颗粒增强高熵合金复合涂层摩擦磨损性能研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:DJ_BOY
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矿山机械的工况条件非常恶劣,其机械零件的磨损十分严重。巨大的经济损失促使矿山机械改进势在必行,在关键零部件表面制备耐磨层是延长零件使用寿命的有效途径。本文以激光熔覆技术为手段制备了颗粒增强高熵合金复合涂层。首先通过外加法在涂层中引入第二相达到强化涂层的目的。其次研究了退火对涂层组织与性能的影响,系统的分析了涂层的相演变过程。最后,通过复合引入法,制备了外加与原位自生的第二相沉淀,整体分析了涂层的微观组织和耐磨性,建立了组织与性能之间的联系。制备了WC颗粒添加量为0、10 wt.%、20 wt.%、30 wt.%和40 wt.%的CoCrFeNiMn高熵合金复合涂层。所有涂层主相都为FCC相,当WC添加量超过20 wt.%后,涂层中生成了不同形貌的Fe3W3C(M6C)碳化物强化相。高硬度的碳化物以及未熔的WC颗粒分布在涂层中,提升了涂层硬度,其中,40 wt.%涂层的硬度最高,为516.8 HV0.3,是未加WC颗粒涂层的3.1倍。30 wt.%涂层的硬度次之,为488.1 HV0.3,但其耐磨性最好且体积磨损率仅为2.374×10-6mm~3/(N·m)。硬度的升高导致涂层的磨损机制由黏着磨损转变为氧化磨损,故与未加WC颗粒涂层相比,体积磨损率降低了两个数量级。因此,WC添加量为30wt.%的涂层拥有最好的耐磨性。对耐磨性最好的30 wt.%WC涂层进行600℃和800℃的退火处理。退火温度为600℃时,涂层中的FCC相较稳定,几乎没有变化。同时碳化物沉淀发生部分溶解,在晶间生成少量碳化物。退火温度为800℃时,Fe3W3C(M6C)碳化物持续生长,并且FCC相发生再结晶使晶粒细化。退火温度为600℃的涂层发生退火软化导致涂层硬度下降,退火温度为800℃的涂层发生再结晶以及碳化物增多提升了的涂层硬度。涂层在摩擦过程中产生微裂纹并扩展,引起退火后的涂层产生材料损失,而退火温度为800℃的涂层由于硬度更高,摩擦过程中的“冷作硬化”促使氧化膜脆性剥落,氧化膜剥落速率大于生成速率导致该涂层磨损率最大。通过复合引入法制备了不同摩尔数的Ti的CoCrFeNiMn Tix/20 wt.%WC高熵合金复合涂层。首先,Ti的添加导致涂层中原位自生了Ti C和(Ti,W)C的混合物沉淀,并且自生沉淀的体积分数随着Ti的摩尔数的增加而升高;其次,Ti的添加,促使涂层发生了固溶强化,涂层出现大片共晶组织;最后,Ti的持续添加,超出FCC结构的固溶度促使晶胞向于从FCC转变为BCC晶体结构,导致涂层中产生了BCC新相。涂层中生成相的种类及体积分数不同导致涂层硬度不同,Ti1.5涂层以其最高硬度(622.5 HV0.3)和最低的体积磨损率(6.16×10-6mm~3/(N·m))在性能方面优于其余两个的涂层。该论文共有图60幅,表22个,参考文献97篇。
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