鑄鋼表面Ni-Co-WC+G復合熔覆層的形成機制及性能研究.pdf

1、鎳鈷基合金已被廣泛應用于零部件的表面改性，能夠有效克服高溫、摩擦磨損、重載荷和腐蝕介質等條件。而WC顆粒作為增強相加入后，能改善單一合金的耐磨性和抗氧化性，加入石墨（簡稱：G）可作為固體潤滑劑，更能進一步降低復合材料的摩擦系數和磨損率。本文采用真空熔覆的方法在ZG45基體上制備了一系列Ni-Co基熔覆層，對組織和性能做了分析和研究。
　　Ni-Co/WC復合熔覆層成型良好、組織致密，WC顆粒在鎳-鈷基合金中呈三維網狀分布，主要組成

2、相有WC、Cr7C3、Cr23C6、Ni3Si、FeNi3和γ-Ni-Co固溶體。該熔覆試樣截面的微觀形貌分為母材區(qū)、過渡區(qū)和復合區(qū)，其中母材區(qū)和過渡區(qū)之間還存在寬約25μm的熔合區(qū)。添加石墨后，在熔覆層中產生大量孔徑不一的“石墨孔洞”，而加入過量的石墨會降低熔覆材料的致密性和強度。Ni-Co基合金熔覆層中由于含有W元素，在靠近結合界面的區(qū)域容易與Fe、Cr、Ni等元素形成菱形或方形的M6C相。
　　對不同成分的Ni-Co熔覆試樣

3、進行了三點彎曲試驗。研究發(fā)現Ni-40％Co合金熔覆層與ZG45基體的力學協(xié)調性能較好，當熔覆層側朝上彎曲時，基體斷口有大量的韌窩，基體側發(fā)生韌性斷裂，而熔覆層的斷口具有準解理斷裂和韌性斷裂的雙重特點；當熔覆層側朝下彎曲時，基體側的斷裂方式屬于解理斷裂，熔覆層的斷裂方式是沿晶斷裂和穿晶斷裂。Ni-Co/WC熔覆試樣在進行三點彎曲試驗時，通過分析Ni-Co/WC熔覆試樣的斷口形貌發(fā)現，基體側發(fā)生韌性斷裂；而熔覆層一側的過渡區(qū)發(fā)生沿晶斷裂，

4、并伴隨有Cr7C3等硬質相的穿晶斷裂，復合區(qū)的斷裂機理主要是微裂紋沿WC立體面延展的沿晶斷裂。添加石墨的復合熔覆試樣在彎曲過程中，熔覆層中石墨顆粒形成裂紋源，仍發(fā)生穿晶和沿晶斷裂，基體側同時具備解理和韌性斷裂特征。
　　通過在金屬表面制備Ni-Co基熔覆層能有效提高材料的耐腐蝕性能，Ni-Co基合金熔覆層的耐蝕性隨鈷基合金粉末比重的增加而逐漸增強。Ni-Co/WC熔覆層的耐蝕性隨WC含量的增加呈逐漸增強又降低的趨勢，Ni-Co/4

5、0%WC復合熔覆層的耐蝕性最優(yōu)。Ni-Co/WC熔覆層中添加石墨后，耐蝕性隨石墨含量的增加先增強后減弱，含6%G復合熔覆層的耐蝕性最優(yōu)。
　　Ni基合金熔覆層中添加Co能改善摩擦學性能，Ni-Co基合金熔覆層的摩擦磨損機制主要為粘著磨損和疲勞磨損，成分Ni-30%Co基合金熔覆層的耐磨性能最優(yōu)。添加WC后，復合熔覆層的摩擦磨損機制主要為氧化磨損，還伴有輕微的磨粒磨損和粘著磨損。Ni-Co/WC熔覆層中添加石墨后摩擦性能有所改善，4