论文部分内容阅读
金属基陶瓷复合材料对于各种形式的磨损都具有较好的抵抗能力,这得益于其将硬质颗粒和强韧基体的优势相结合。其中碳化钨增强镍基合金被广泛应用于提高在磨损、腐蚀和冲击工况下机械装备的使用寿命,比如刀具、模具和采矿设备等。本文中对于运用真空熔覆技术在碳钢表面制备的碳化钨和(或)石墨改性镍基合金复合涂层的组织进行了详细的分区研究,并针对不同成分的涂层进行了室温下的摩擦磨损性能测试。 实验结果表明:用真空熔覆方法在低碳钢表面制备的包含有一个镍基(Ni60A)过渡层和一个碳化钨增强镍基复合层的混合涂层的组织均匀致密,涂层和基体之间形成了有效的冶金结合。整个涂层可以分为四个部分,分别是复合区,过渡区,熔合区和扩散影响区。WC在复合区中呈网状非连续分布,将镍基合金基底分隔成一个个圆球形区域,形成类似于织构的组织形貌。球形区域主要由镍基固溶体、共晶组织和硬质相(包括 Cr7C3、 Cr23C6和CrB)组成。过渡区由Cr7C3、Cr23C6、CrB、共晶相和镍基固溶体相组成。熔合区包含两个组成部分,即靠近涂层的镍基固溶体和靠近基体的呈短棒状定向生长的铁基固溶体,由于 B元素的扩散造成扩散影响区的组织构成发生变化。 在基底和复合涂层之间添加单一镍基合金过渡层对于增强涂层与基底的结合性能和复合涂层组织的均匀性都有积极作用。单一的Ni60A涂层由铬化物硬质相及镍基固溶体组成,涂层中存在不连续的无硬质相析出区域。Ni60A+G(石墨)涂层和Ni60A+WC+G涂层中G的加入会降低涂层的致密性和WC颗粒分布的均匀性,且G在涂层中的分布并不均匀,涂层上部多于其他位置。过渡层的组织组成和相组成并不会受复合涂层成分影响。而熔合区的范围大约为50μm至80μm,扩散影响区的范围约为210μm至280μm。 在真空熔覆过程中,WC在镍基合金中逐渐发生溶解,生成一种具有规则几何形貌的大块状间隙相M3(B,C)2,其中M为Cr、Ni、Fe和W,并且随着保温时间的延长 WC的溶解程度加剧。在 M3N2相的内部还有另一种非常少量的呈斑点状分散分布的相生成。 镍基合金中石墨或 WC的加入都可以起到增加涂层耐磨性的作用,WC的作用效果大于石墨,在二者的共同作用下复合涂层的耐磨性进一步提高,且石墨和碳化钨的添加量各自有一个合适的范围。随着摩擦速率的提高,镍基复合涂层的磨损率逐渐增加而摩擦系数逐渐减小,主要磨损方式为由粘着磨损为主向磨粒磨损为主转变。