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重熔温度对Ni60WC定向结构涂层微结构演变的影响.docx
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2023-02-23
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重熔温度对Ni60WC定向结构涂层微结构演变的影响.docx
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镍基合金由于优越的耐磨性能和耐腐蚀性能,以及优异的工艺性能及高硬度性能,作为涂
层材料受到广泛关注
[1-3]
。随着科技的发展,单一的 Ni 基合金不能完全满足各种在严苛工作条
件下的要求,通过向涂层中添加第二相的方式优化合金涂层的整体性能近年来备受关注,如向
涂层添加 Al
2
O
3
、Ti
3
Al 等强化物质提高涂层硬度增强涂层耐磨性能
[4-5]
,向涂层添加 Cu、MoS
2
等减摩材料,降低涂层硬度增强涂层减摩性能
[6-7]
。Zhou 等
[8]
采用激光感应混合快速熔覆技术,
制备了镍基 WC 复合涂层,研究了其组织结构在不同激光扫描速度下的演变特征,在低激光扫
描速度下,γ 镍生长为粗大的柱状枝晶和共晶,随着扫描速度的提高,γ 镍的生长呈现出细小的
枝晶和共晶,之后转变为蜂窝状晶体和共晶。朱纪明等
[9]
通过制备 Ni60、WC、Cr
3
C
2
、TiC 复
合粉末的堆焊涂层,分析了涂层的微观结构、硬度及耐磨性能,发现其中 TiC 的添加对涂层的
性能影响较大。Li 等
[10]
通过混合不同比例的 W+C 粉和 Ni60 粉制备了原位合成 WC 增强的 Ni
基复合涂层,结果表明,这种梯度涂层可以同时具有良好的抗氧化性和较高的硬度。
根据合金凝固理论,定向凝固组织结构有较好的晶粒取向性,能够阻止裂纹扩展、消除横
向晶界,提高材料的抗高温蠕变和抗疲劳性能
[11-13]
。根据这一思路,本文将定向凝固原理应用
于涂层制备,制备了 WC 强化的 Ni60 定向结构涂层,研究感应重熔温度对定向结构涂层微观
结构演变及其硬度的影响,为后续研制高耐磨高耐蚀定向凝固涂层提供理论依据。
1. Ni60/WC 定向涂层制备及表征
实验选用 45
#
钢为基体材料,涂层材料为 Ni60 自熔性粉末和 WC 的混合粉末,将 Ni60
和 WC 粉末按 4∶1 的比例进行机械混合,并混合均匀。WC 粉末的粒度为-140~+325 目,
Ni60 自熔性粉末粒度为-150~+300 目。
采用火焰喷涂设备在 45 钢表面制备厚度约为 0.7 mm 的 Ni60/20%WC 预制涂层。喷涂前
对 45 钢基体进行喷砂粗化处理,并用丙酮对其表面进行清洗,喷涂时氧气压力为 1 000 kN,
乙炔压力 1 500 kN,喷涂角度 90°,喷涂距离 300 mm。使用深圳双平公司生产的型号为
SPG-30B 高频感应加热设备和自行设计的强制冷却装置对预制涂层行进感应重熔+定向强制冷
却处理,制备定向结构涂层。感应重熔采用平面加热的方式,平面薄饼线圈与试样间隙为 3~4
mm,加热功率为 2.5 kW。制备过程中,对试样进行实时测温,当加热温度分别达到 800、
900、1 000、1 100、1 200 ℃时,停止加热,并立即对试样进行定向强制冷却处理,涂层位
于上表面,从试样底部通冷却水,冷却水流量密度为 1.886 mL/(min ·mm
2
)。
采用 Quanta FEG-450 型场发射扫描电镜及附属的能谱仪(energy dispersive
spectrometer, EDS)对涂层的组织形貌和元素分布进行分析;采用 D/MAX2500PC 型 X 射线衍
射仪分析涂层的物相组成,扫描速度为 10 (°)/min,扫描范围为 10°~100°,加速电压为 40
kV,管电流为 100 mA;采用数字显微硬度计来测量涂层截面的显微硬度值,加载载荷为 1.96
N,加载时间为 15 s;测试完成后,利用 Origin、Jade 等相关软件对记录的数据进行分析处
理。
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