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硬质合金具有耐磨性高的特点,广泛应用于耐磨领域。由其所制备的涂层材料也备受关注,广泛应用于刀具、轴承类材料等领域。硬质合金涂层在服役过程中易产生裂纹导致涂层脱落。在硬质合金涂层中添加固体润滑剂可以降低界面的摩擦系数,若能在此过程连续产生润滑效应将有效提高硬质合金涂层的服役寿命。本研究针对轴承类材料开发制备一种低成本含碳结构的自润滑耐磨涂层材料。本研究以石墨为润滑剂,采用两种不同方式制备含石墨烯的多碳结构自润滑涂层,如下:(1)利用等离子喷涂成型石墨/硬质合金涂层,利用强流脉冲电子束技术对涂层进行改性,原位生成石墨烯;(2)采用高能球磨法制备嵌入式纳米石墨烯/微米硬质合金核壳结构,采用等离子喷涂快速成型含石墨烯的硬质合金涂层。通过对两种涂层的相结构分析、显微组织观察,以及性能测试,获得结论如下:(1)将含量6wt.%的石墨添加到YG6硬质合金涂层中,经电子束重熔改性,涂层改性层厚度180?m以上,涂层孔隙率降低。随脉冲次数(1-30次)的增加,涂层表面的平整度增加,20P后涂层平整度最佳。电子束改性后涂层表面形成了致密的亚微米级Co3W9C4组织,同时原始石墨片状结构(500?m)分散变小(10?m),并转化成石墨烯附着在涂层表面。此外,在涂层表面观察到金刚石结构(1?m)。涂层致密性的提高,微观组织变细变小,以及金刚石结构的生成,使涂层显微硬度显著提高,达800Hv以上,局部区域硬度在2000Hv以上。纳米石墨烯以及多碳结构的持续润滑,使改性后的涂层干摩擦1h后摩擦系数在0.1左右。(2)采用高能球磨方法将石墨(500?m)剥离生成石墨烯(300-500nm),并采用球磨法将石墨烯嵌入YG6硬质合金粉末(40?m)间隙中,形成核壳式包覆结构。该核壳粉末(石墨/石墨烯添加量3wt.%和6wt.%)在等离子喷涂后有效将石墨/石墨烯结构沉积在涂层中,沉积率在65-80%。涂层中主要含有Co3W9C4相、WC相、石墨和石墨烯组织,涂层致密均匀,孔隙率在6.8%以下。显微硬度约750Hv,干摩擦0.5h摩擦系数在0.3以下。(3)用两种方式均可以制备出含石墨、石墨烯的多碳结构复合硬质合金自润滑涂层,且涂层厚度均在180?m以上,涂层致密性高,摩擦系数低,满足耐磨涂层的使用要求。采用喷涂成型+强流脉冲电子束改性方式制备涂层,涂层综合性能优异,但受电子束设备真空室尺寸限制,无法制备大尺寸工件产品;采用石墨烯嵌入式硬质合金核壳粉制备,大气等离子喷涂快速成型方式制备涂层,涂层成型效率高、成本低廉、粗糙度小(Ra5.5-7),综合性能和结合力满足大型耐磨件使用需求。