Al2O3顆粒增強(qiáng)Ni60A復(fù)合涂層組織與耐磨性能研究.pdf

1、針對在苛刻工況環(huán)境條件下，單一 Ni60A合金粉體材料難以滿足其特殊使用要求的問題，研究在鎳基自熔性合金 Ni60A的基礎(chǔ)上，加入增強(qiáng)顆粒制備復(fù)合涂層，以此來顯著提高機(jī)械零部件的耐磨性、耐蝕性，繼而滿足其在特殊條件下的使用要求,意義重大。本文通過在 Ni60A合金粉末中，加入不同體積分?jǐn)?shù)的Al2O3顆粒增強(qiáng)粉末，利用球磨機(jī)將其機(jī)械混合均勻，并采用超音速等離子噴涂技術(shù)分別將不同體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合粉末均勻噴涂到45＃鋼基材表面，制得Al2O3顆

2、粒增強(qiáng) Ni60A復(fù)合涂層。
　　通過硬度檢測和耐磨性實(shí)驗(yàn)表明：復(fù)合涂層的硬度和磨損率都比 Ni60A合金涂層有明顯變化。隨著 Al2O3體積分?jǐn)?shù)的增加硬度值先增加后減少，而磨損率則先降低后增加，且當(dāng) Al2O3體積分?jǐn)?shù)為25％時(shí)復(fù)合涂層的硬度和耐磨性最佳。25% Al2O3復(fù)合涂層的硬度值和 Ni60A合金涂層相差最大。25% Al2O3復(fù)合涂層的洛氏硬度為63.14HRC，而 Ni60A合金涂層的硬度只有59.2 HRC。25

3、%Al2O3復(fù)合涂層的質(zhì)量磨損率（10-7g/N·m）和摩擦系數(shù)分別為0.153和0.46，而 Ni60A合金涂層分別為1.025和0.8，根據(jù)實(shí)驗(yàn)對比，25%Al2O3復(fù)合涂層的耐磨性比 Ni60A合金涂層提高了6.7倍。
　　利用掃描電鏡、能譜分析儀和 X射線檢測分析技術(shù)，分別對粉末形態(tài)以及Al2O3復(fù)合涂層和 Ni60A合金涂層的形貌特征、微區(qū)成分、相結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明：通過球磨的混合粉末由球狀和不規(guī)則塊狀組成，兩

4、種合金粉末之間存在著明顯的機(jī)械粘著和固相擴(kuò)散現(xiàn)象，這種情況增強(qiáng)了粉末在噴涂過程中的熱傳導(dǎo)，有利于粉末的充分熔化、相互潤濕和融合，提高了噴涂沉積率，顯著的改善了噴涂效果。Al2O3-Ni60A復(fù)合涂層組織中存在著鎳、鉻為基體的奧氏體組織和基體上析出的針狀組織和板條狀電子化合物組織，還有被 Ni60A包覆的Al2O3球團(tuán)狀增強(qiáng)顆粒組織，且其均勻彌散分布于基體上。Al2O3-Ni60A復(fù)合噴涂層是強(qiáng)韌基體和硬質(zhì)相的耐磨組織，基體均為韌性很好的

5、鎳鉻基固溶體，復(fù)合涂層的硬質(zhì)相主要是 Al2O3顆粒及基體上析出的Cr23C6、CrB、Ni3B、Cr7C3、Ni5Al3、AlNi等硬質(zhì)相。復(fù)合涂層中 Al2O3球團(tuán)狀增強(qiáng)顆粒的存在增加了基體的變形能，強(qiáng)化了基體；基體上均勻分布的Al2O3球團(tuán)狀組織改善了原有析出針狀電子化合物形態(tài)對基體的割裂；在噴涂過程中，部分 Al2O3分解，形成了新的硬質(zhì)相。Al2O3的微粒還有助于凝固形核和細(xì)化晶粒；由此可知，在復(fù)合涂層中，Al2O3顆粒以球團(tuán)

6、狀牢固分布于 Ni60A的基體上，是主要的耐磨質(zhì)點(diǎn)，加之復(fù)合涂層中還存在著各種析出的硬質(zhì)相，以及被改善和強(qiáng)化了的奧氏體基體，使其耐磨性明顯提高。
　　腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：通過浸泡實(shí)驗(yàn)和電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)對兩種合金涂層在1mol∕L HCl溶液和1mol∕L H2SO4溶液中的耐蝕性進(jìn)行研究，表明復(fù)合涂層和Ni60A合金涂層存在差異。在 H2SO4溶液中，復(fù)合涂層和 Ni60A合金具有相當(dāng)?shù)哪臀g性，而在 HCl溶液中，復(fù)合涂層的耐蝕性遠(yuǎn)不

7、如 Ni60A合金涂層。
　　通過對比分析 Al2O3-Ni60A復(fù)合涂層和單一合金涂層性能，可知復(fù)合涂層中加入 Al2O3增強(qiáng)顆粒在提高涂層耐磨性方面有重要作用，當(dāng)所加入的增強(qiáng)顆粒為25%時(shí)，涂層的耐磨性最佳，是最佳配比。比 Ni60A單一合金涂層耐磨性提高85%，耐蝕性能和 Ni60A合金相當(dāng)。Al2O3材料價(jià)格便宜，部分替代昂貴的Ni60A材料，可顯著降低噴涂成本，因此 Al2O3增強(qiáng)顆粒 Ni60A復(fù)合涂層具有很好的性價(jià)比