激光熔覆鎳基復(fù)合涂層組織與性能研究.pdf

1、鎳基自熔性合金因其良好的耐磨性、耐蝕性以及與基體之間良好的潤濕性，是激光熔覆最常用的熔覆材料之一。但研究表明，在高負(fù)荷、無潤滑的工況下，鎳基合金涂層極易因發(fā)生疲勞磨損和粘著磨損而提早失效，這在很大程度上影響了相關(guān)構(gòu)件的使用壽命。而為了進(jìn)一步提高鎳基合金涂層的使用性能，考慮在鎳基合金中分別加入一定化學(xué)計(jì)量比的鎳包石墨、石墨烯和鎳包碳化鎢，并制備出相應(yīng)的復(fù)合涂層，從而獲得良好的力學(xué)性能和摩擦磨損性能。
　　本文采用激光熔覆技術(shù)，以40

2、CrNi2Si2MoV鋼為基體材料，Ni45A自熔性合金粉末為熔覆層基質(zhì)材料，通過向其中分別添加不同含量的鎳包石墨、石墨烯和鎳包碳化鎢，制備出相應(yīng)的復(fù)合增強(qiáng)涂層。并利用X射線衍射儀、掃描電鏡、電子探針、顯微硬度計(jì)和摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)等技術(shù)手段系統(tǒng)研究了添加物質(zhì)對(duì)復(fù)合增強(qiáng)涂層組織和性能的影響規(guī)律。
　　鎳包石墨是一種核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合粉體材料，其表面鎳包覆層的存在不但可以避免其芯部的石墨相在激光熔池中與合金元素之間發(fā)生反應(yīng)，還可以增加石墨相

3、與鎳基合金基質(zhì)之間的潤濕性能，其芯部的石墨相則是良好的固體潤滑材料，其獨(dú)特的層片狀結(jié)構(gòu)能顯著改善復(fù)合涂層的摩擦磨損性能。研究表明，添加不同含量鎳包石墨的鎳基復(fù)合涂層主要由γ-Ni、Ni3B、M23C6、M7C3和石墨相組成，熔覆層組織為典型的亞共晶形態(tài);當(dāng)鎳包石墨的添加量大于10 vol.％時(shí)，復(fù)合涂層中能清晰地觀察到球形顆粒狀的石墨相;隨著涂層中石墨含量的增多，復(fù)合涂層組織得到明顯細(xì)化，硬度逐漸增大，耐磨性逐漸增強(qiáng)，而減摩性則呈現(xiàn)先降

4、低后增大的趨勢(shì)，當(dāng)鎳包石墨添加量為6 vol.％時(shí)，復(fù)合涂層具有最小減摩性。
　　石墨烯是迄今發(fā)現(xiàn)的力學(xué)性能最好的材料，且因其繼承了石墨的層片狀結(jié)構(gòu)，因此石墨烯也可被用作固體潤滑劑。研究結(jié)果表明，添加不同含量石墨烯的鎳基復(fù)合涂層主要由γ-Ni、Ni3B、M23C6和M7C3相組成，涂層中并未檢測到石墨烯的存在，熔覆層組織是由典型的樹枝晶+共晶狀態(tài)組成;隨著石墨烯添加量的增加，受涂層中硬質(zhì)碳化物含量增多以及熔覆層組織細(xì)化的影響，涂層

5、的硬度和耐磨性都得到提高，但減摩性則呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)。
　　鎳包碳化鎢也是一種核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合粉體材料。涂層中碳化鎢顆粒的存在，主要是為了提高涂層的耐磨性。研究結(jié)果表明，添加不同含量鎳包碳化鎢的鎳基復(fù)合涂層主要由γ-Ni、WC、W2C、M23C6和M7C3五種相組成，隨著鎳包碳化鎢添加量的增多，熔覆層組織中樹枝晶的數(shù)量明顯減少，共晶組織數(shù)量明顯增多;由于碳化鎢在激光熔覆中發(fā)生了部分溶解，在碳化鎢顆粒邊緣形成了大量外延生長的晶須狀組織