鎳基定向組織結(jié)構(gòu)合金涂層的制備及性能研究.pdf

1、近年來，由難熔性材料制備成的保護涂層越來越多的是通過優(yōu)點較多的超音速等離子噴涂(SAPS)方式來制備的，例如金屬基耐磨耐蝕、熱障陶瓷涂層等，但是發(fā)現(xiàn)由于涂層形成過程受工藝及參數(shù)限制，涂層中仍然存在著組織缺陷、內(nèi)聚力低及結(jié)合強度不足的問題，這不但使得噴涂層的應(yīng)用場合受限而且也縮短其使用壽命。因此，研究者們試圖采用不同的制備工藝或者添加不同尺寸硬質(zhì)相、稀土、自潤滑相等方式來解決上述問題。在合金研究過程中，定向晶因其很大程度上改善了材料的縱向

2、力學(xué)性能和物理性能，所以一直備受研究者和生產(chǎn)者的關(guān)注。因此，本文試圖將SAPS、高頻感應(yīng)重熔技術(shù)、定向強制冷卻三種工藝進(jìn)行復(fù)合，在原始成分不變的條件下，通過在冶金結(jié)合的涂層中制備出致密的定向組織結(jié)構(gòu)，來使得保護層的使用及工藝性能得到改良，尤其是摩擦和磨損特性。本文通過SAPS方式，使得Ni60涂層被預(yù)制在45＃鋼基材上，然后利用定向冷卻裝置在不同流量冷卻水的作用下，對涂層進(jìn)行感應(yīng)處理+定向強制冷卻。通過金相顯微鏡、SEM(EDS)、XR

3、D、EPMA、宏觀洛氏硬度和微觀硬度測試儀器、萬能摩擦磨損實驗機等手段探究和測試了不同流量冷卻水對感應(yīng)重熔涂層組織和相演變、元素分布、使用及工藝性能的影響。利用Origin7.5、Jade6.5、Image-proplus6.0等相關(guān)軟件分析了涂層的物相種類及孔隙率等。
　　根據(jù)涂層的組織結(jié)構(gòu)、物相、元素分布的演變分析結(jié)果，可以得出：隨著冷卻水流量的不斷增大，涂層的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了極大改變，涂層與基材之間均形成了一條明顯冶金結(jié)合帶。

4、當(dāng)冷卻水流量為20、80、120L/h時，定向的柱晶出現(xiàn)在涂層中，其中當(dāng)流量為80L/h時，涂層中形成的柱狀晶結(jié)構(gòu)比較致密細(xì)小，并且該涂層表面“十”字形的柱狀晶中心對稱性最好，并且柱晶偏離[001]方向的角度θ值最小，僅在0°～8°之間，而且沿((200)晶面)取向程度最高，即該冷卻條件下，涂層中形成的定向組織相對比較良好；噴涂涂層的物相主要為γ-Ni、FeNi3、Ni2.9Cr0.7Fe0.36、Cr23C6、Cr2B、Fe3B，感應(yīng)

5、重熔后出現(xiàn)新相γ-(Fe,Ni)替代 FeNi3相，其余相基本不變，感應(yīng)重熔強制冷卻涂層物相為γ-Ni、γ-(Fe,Ni)、Ni2.9Cr0.7Fe0.36、CrC、CrB等；元素分布表明初始柱狀晶處主要富集 Ni、Fe元素，而晶粒之間主要富集著的大量硬質(zhì)相構(gòu)成元素，強化了柱晶，對耐磨性有利。
　　涂層性能研究結(jié)果表明：噴涂組織涂層截面顯微硬度沿45#鋼涂層方向，先增大后減小，而高頻感應(yīng)重熔組織涂層和定向組織結(jié)構(gòu)涂層的顯微硬度卻小

6、幅增加，并且二者的截面微觀及表面宏觀硬度均低于預(yù)制Ni60涂層；感應(yīng)重熔后預(yù)制涂層的孔隙率從2.45％降低為0.59%，而定向組織結(jié)構(gòu)涂層的孔隙率最小為0.23%；室溫干摩擦條件下，隨著載荷的增加，三種不同組織結(jié)構(gòu)涂層與1Cr18Ni9Ti對磨的過程中，定向組織結(jié)構(gòu)涂層的磨損量及磨損率均最低，表明其耐磨性優(yōu)于其他兩種涂層，并且和噴涂涂層摩擦系數(shù)相比，其摩擦系數(shù)有小幅增加，即阻摩特性有所增加。除此之外，噴涂涂層的主要磨損方式為疲勞剝落+粘