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复合陶瓷粉末是指在常规自熔性熔覆粉末中加入一定的硬质陶瓷复合而形成的材料体系,它是当今研究最多的激光熔覆材料之一。通常情况下,Cr3C2具有高硬度、高耐腐蚀等特点,在镍基合金粉末中加入Cr3C2能使涂层的硬度、耐磨性、耐蚀性等性能得到明显的提高。但研究发现,激光熔覆是一个快速的反应过程,材料、工艺及环境因素会造成涂层的结构缺陷,特别在多道搭接激光熔覆中,Cr3C2陶瓷颗粒会完全溶解,Cr3 C2的溶解对工件力学性能造成很大的影响。本文以45钢为研究对象,在镍基碳化铬粉末中加入了一定的添加剂(如Y2O3、WC等),从而改善激光熔覆涂层的性能。通过观察涂层宏观及微观组织结构,并且比较其硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能,从而得到了最佳的材料配比及熔覆工艺参数。 主要的研究内容有: 1、通过与激光熔覆镍基碳化钨涂层的对比,研究了不同工艺条件下的镍基碳化铬涂层性能,其中包括:镍基碳化铬涂层的平均显微硬度均为920 HV,比镍基碳化钨显微硬度1100 HV约低180 HV。多道搭接激光熔覆时,Cr3 C2硬质颗粒完全熔解,涂层平均硬度下降为800 HV。涂层耐磨性方面,由于多道搭接激光熔覆中Cr3 C2硬质相完全熔解,涂层耐磨性比单道激光熔覆时要差。涂层耐蚀性主要遵循如下规律:同含量下镍基碳化铬的耐腐蚀性能比镍基碳化钨好;单道激光熔覆涂层耐腐蚀性比多道搭接激光熔覆涂层腐蚀性能要好。 2、镍基碳化铬合金粉末中加入微量的Y2O3对涂层组织结构及力学性能都有较大的提高。结果表明,稀土的加入可以细化晶粒,消除裂纹,涂层质量得到提高。硬度分布测量结果表明,加入0.2%Y2 O3后熔覆层的平均硬度约为1076 HV,比未加稀土的提高约100 HV。熔覆层的耐腐蚀性也得到提高,当Y2 O3的添加量为0.2%时,腐蚀电流i corr最小,表明其耐腐蚀性最强。 3、在镍基碳化铬合金粉末中加入少量的稀土或其氧化物确实可以改善涂层性能,但在当今社会里稀土资源比较稀缺,选择稀土替代物改善涂层性能势在必行。针对多道激光熔覆镍基碳化铬中Cr3 C2溶解的特点,在熔覆材料中加入少量的WC粉末,对提高涂层综合性能有一定的帮助。结果表明,WC的加入使涂层组织中出现了弥散分布的白色相,白色相由白亮色的芯部及浅白色的环形相组成,白色相从熔覆层底部至表面呈先增后减的分布规律。弥散分布的白色相使熔覆层硬度提高,当WC加入量为2%时,涂层平均显微硬度约1096 HV,比未加WC平均硬度(788 HV)高308 HV。WC的加入会增加材料的脆性,影响涂层使用寿命。当WC加入量为2%时,熔覆层硬度与脆性增加达到最佳匹配值,对提高材料耐磨性有利。 4、进行多道搭接激光熔覆镍基碳化铬时,少量WC的加入的确改善了涂层的组织及性能,但WC的添加量达到一定程度时,WC的继续加入不但不利用涂层性能的优化,反而影响了它的性能。然而,在上述情况下如果继续增加碳化钨含量,当WC占了相当大的比例时,涂层性能又将发生新的突变。涂层硬度及耐磨性不仅比未加WC时高,而且涂层并没有出现像激光熔覆镍基碳化钨一样的大面积组织缺陷。结果表明,镍基粉末中WC与Cr3 C2的比达到一定时与单独激光熔覆镍基碳化钨涂层结构性能都有很大差别,涂层中花状、鱼骨状枝晶组织基本消失,组织主要由浅白色块状、黑色不规则块状、浅黑色菱角状以及未熔的WC颗粒组成。当WC与Cr3 C2的比例达到3:2,组织中裂纹、气孔等缺陷基本清除,未发现WC的聚集和桥接,涂层显微硬度及耐蚀性均有所提高,硬度比镍基碳化铬涂层高了很多,而分布又比镍基碳化钨涂层更均匀。当进行干滑动摩擦摩损实验时,发现涂层表面磨粒磨损特征的犁沟相对较浅,没有WC粒子脱落现象。