304不锈钢激光熔覆Ni60/Ti3SiC2复合涂层研究

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304不锈钢由于其良好的耐热性,耐腐蚀性和抗氧化性等一系列优异的性能,被广泛应用于机械、化工、宇航、医学等领域。但是,304不锈钢硬度低,耐磨性能差,很大的限制了其在摩擦领域的应用。为了提高304不锈钢的摩擦性能,采用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备自润滑耐磨复合涂层是一种经济有效的方法。目前,利用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备出具有自润滑耐磨性能的复合涂层的研究较少。本论文以Ni60粉末和Ti3SiC2粉末为熔覆材料,设计合理的粉末配比 Ni60-5%Ti3SiC2、Ni60-10%Ti3SiC2和 Ni60-15%Ti3SiC2(质量比),选择最合适的激光熔覆工艺参数在304不锈钢表面进行激光熔覆试验。采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对涂层组织形貌进行表征,确定其元素含量和显微组织结构。用X射线衍射仪(XRD)对所制备熔覆涂层的物相进行分析,确定其物相组成。使用维氏显微硬度计测量304不锈钢和熔覆涂层横截面的硬度,分析其强化机制。使用高温摩擦磨损试验机对304不锈钢与熔覆涂层在室温、300℃和600℃下进行摩擦磨损试验并得出摩擦系数;用材料表面磨痕测量仪测试304不锈钢和熔覆涂层在室温、300℃和600℃下的磨损率。分析304不锈钢基体与涂层的磨损表面,探究其磨损机理。结果表明:Ni60-Ti3SiC2复合涂层与304不锈钢基体呈良好的冶金结合,没有宏观裂纹和气孔。复合涂层主要由连续基体Cr0.19Fe0.7Ni0.11固溶体,硬质相Fe2C、Cr7C3和TiC,润滑相Ti3SiC2组成。N1、N2和N3涂层平均显微硬度分别为451.14 HV0.5,419.33 HV0.5和359.92 HV0.5,都明显高于304不锈钢基体的平均显微硬度(238.91HV0.5)。摩擦磨损测试表明:Ni60-Ti3SiC2复合涂层在室温,300℃和600℃下的摩擦系数和磨损率相较于304不锈钢明显降低,有效地提高了基体的耐磨减摩性能。室温时,Ni60-Ti3SiC2复合涂层的摩擦系数分别为0.41、0.46 和 0.48,磨损率分别为 6.37×10-5、16.52×10-5 和 4.16×10-5mm3/(Nm);随着温度上升至300℃时,润滑相Ti3SiC2发生轻微氧化,复合涂层的摩擦系数和磨损率都增大,摩擦系数分别为0.51、0.56和0.53,磨损率分别为22.69×10-5、26.74×10-5和22.11×10-5mm3/(Nm);当温度上升至600℃时,涂层表面氧化加重,在润滑膜和致密氧化膜的共同保护作用下,使得复合涂层的摩擦系数和磨损率降低。摩擦系数分别为0.38、0.43和0.41,磨损率分别为12.51×10-5、7.58×10-5和7.79× 1 0-5mm3/(Nm)。
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