【摘 要】
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非晶态合金又被称为“金属玻璃”,因其独特的原子排列结构,即长程无序、短程有序的原子排布状态,使其具有优异的力学、物理和化学性能。电火花沉积技术具有放电频率高、放电区域小、能量集中、加热和冷却速度快等特点,是一种极具发展潜力的非晶涂层制备技术。采用电火花沉积技术制备非晶涂层,不仅可以改善材料的表面性能,也可拓宽非晶合金的应用领域,具有广阔的应用前景。本文采用电火花沉积技术,以Fe-Cr-Ni固溶体合
【基金项目】
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山东省自然科学基金； 广西有色金属及特色材料加工重点实验室开放基金；
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非晶态合金又被称为“金属玻璃”,因其独特的原子排列结构,即长程无序、短程有序的原子排布状态,使其具有优异的力学、物理和化学性能。电火花沉积技术具有放电频率高、放电区域小、能量集中、加热和冷却速度快等特点,是一种极具发展潜力的非晶涂层制备技术。采用电火花沉积技术制备非晶涂层,不仅可以改善材料的表面性能,也可拓宽非晶合金的应用领域,具有广阔的应用前景。本文采用电火花沉积技术,以Fe-Cr-Ni固溶体合金和WC-10Co硬质合金为电极,在45Mn2合金的表面预置Fe基非晶合金粉末,制备非晶复合涂层。利用光学显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、显微硬度计、摩擦磨损试验机和电化学工作站等分析涂层的表面形貌、相组成、组织结构、微区成分、涂层硬度、摩擦磨损及电化学腐蚀行为。利用ANSYS有限元分析软件对Fe基非晶复合涂层的沉积过程中的温度场进行模拟,探索非晶结构的形成机制。在硬度测试试验中,施加的载荷为100g,饱载时间为15s;在摩擦磨损试验中,对磨环材料为GCr15钢,转速为420r/min,法向载荷40N,磨损时间为30min;在腐蚀试验中,测试温度为25℃,参比电极为饱和甘汞电极,铂电极为对电极,试样为工作电极。固溶体沉积层为单一的FCC结构,固溶体/非晶复合沉积层由非晶和FCC结构固溶体组成。沉积层具有金属光泽,表面形貌呈橘皮状。沉积层元素与基体元素发生相互扩散,涂层与基体呈现良好的冶金结合。固溶体沉积层的表面粗糙度Ra为0.734μm,平均厚度为30μm,平均显微硬度为345HV,磨损量为0.04g,自腐蚀电位Ecorr和腐蚀电流密度icorr分别为-0.488V和7.084μA/cm2,固溶体/非晶复合沉积层的表面粗糙度Ra为1.969μm,平均厚度为30μm,平均显微硬度为1091HV,磨损量为0.003g,自腐蚀电位Ecorr和腐蚀电流密度icorr分别为-0.486V和5.100μA/cm2。WC沉积层的主要由W2C和W6C2.54相组成,WC/非晶复合沉积层由非晶相和W2C相组成。沉积层的表面形貌与固溶体沉积层形貌相似。WC沉积层的表面粗糙度Ra为8.700μm,平均厚度为30μm,平均显微硬度为1066HV,磨损量为0.008g,自腐蚀电位Ecorr和腐蚀电流密度icorr分别为-0.636V和13.896μA/cm2,WC/非晶复合沉积层的表面粗糙度Ra为4.313μm,平均厚度为30μm,平均显微硬度为1345.9HV,磨损量为0.004g,自腐蚀电位Ecorr和腐蚀电流密度icorr分别为-0.543V和8.792μA/cm2。电火花沉积单脉冲模拟实验结果表明,脉冲放电时,两极之间瞬间释放大量的能量,且呈高斯分布,热影响区在微米级别。热量沿深度方向的扩散距离小于半径方向,说明半径方向更易受到热量的影响。在整个脉冲周期中,固溶体/非晶复合涂层温度场和WC/非晶复合涂层温度场的平均降温速率在106℃/s级别,满足非晶合金形成的冷速条件。
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