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模具是用来制作成型物品的工具,现已成为制造业的重要核心部分。其种类繁多,如冲压模具、塑料模具、压铸模具、玻璃模具等,应用也十分广泛。模具在服役过程中会受到高温、高压、交变热应力等影响,特别是模具的成型零件与制品之间产生摩擦磨损,这些因素会造成模具零件,特别是成型零件的失效或报废。如何修复模具,提高模具耐磨性能,延长模具使用寿命等工作是模具领域的重要研究课题。本文以等离子喷焊技术为手段,选择45钢、H13热作模具钢、HT250灰口铸铁为基材,选用镍基合金粉末Ni45A和Ni60B,制备45钢-Ni45A、45钢-Ni60B、H13-Ni45A、HT250-Ni45A喷焊试样。研究等离子喷焊层制备的工艺参数,喷焊层与基材的结合情况,微观组织,力学性能,以及摩擦磨损性能。主要研究内容和结论如下:1.对等离子喷焊层的微观组织研究表明:45钢-Ni45A和45钢-Ni60B喷焊层的显微组织主要为胞状晶和树枝晶,H13-Ni45A和HT250-Ni45A喷焊层的显微组织主要为胞状晶和柱状晶。经EDS分析发现,合金元素在喷焊层与基材之间相互扩散,喷焊层与基材形成明显的结合区。经SEM分析发现,各喷焊层中均存在白色和灰色相,在45钢-Ni60B和HT250-Ni45A喷焊层中还存在黑色相。通过XRD分析得出,各喷焊层中均含有富Ni的γ-Ni、FeNi3等基体相和M7C3(Cr7C3、(Cr,Fe)7C3)、M23C6(Cr23C6、(Cr,Fe)23C6)等硬质相,其中(Cr,Fe)7C3、(Cr,Fe)23C6分别是以Cr7C3、Cr23C6为基础,溶有Fe原子的碳化物。白色相主要为含Ni、Fe的化合物,灰色相主要为M7C3碳化物,黑色相主要为M23C6碳化物。2.力学性能研究表明:等离子喷焊层的显微硬度均明显高于基材,Ni60B喷焊层的显微硬度高于Ni45A喷焊层的显微硬度。细小的M23C6、M7C3等碳化物能提高抗拉强度和屈服强度。3.对等离子喷焊层的摩擦磨损性能研究表明:随摩擦磨损时长和载荷的增加,45钢-Ni45A和45钢-Ni60B喷焊层的摩擦系数减小,磨损量增加。45钢-Ni45A喷焊层的摩擦系数能达到0.15,45钢-Ni60B喷焊层的摩擦系数能达到0.11,均明显低于基材45钢的摩擦系数(约0.7)。45钢-Ni60B喷焊层较45钢-Ni45A喷焊层的耐磨性好。在摩擦磨损前期,45钢-Ni45A喷焊层磨损面出现少量的粘着颗粒,45钢-Ni60B喷焊层磨损面为轻微磨损,磨损机制主要为粘着磨损。随摩擦时长和载荷的增加,45钢-Ni45A喷焊层磨损面出现磨损凹坑,45钢-Ni60B喷焊层磨损面出现犁沟,甚至有较大的剥落坑,磨损机制主要为磨粒磨损和疲劳磨损。4.本文研究表明:在45钢、H13、HT250基材上喷焊Ni45A、Ni60B合金粉末制备喷焊层以修复模具材料是可行的,喷焊层与基材可以达到冶金结合。