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1、表面涂層技術(shù)對(duì)于提高金屬零件的表面性能、延長(zhǎng)服役壽命具有重要作用,特別是通過外加陶瓷顆粒于金屬基中形成表層復(fù)合材料可以很大幅度地提高耐磨性,這是目前耐磨涂層的研究熱點(diǎn),在各類增強(qiáng)顆粒/金屬基(SiCp/Ti、SiCp/Al、WCp/Ni、WCp/Co等)復(fù)合體系涂層研究上也獲得了進(jìn)展。眾多的表面工程技術(shù)之中,等離子堆焊作為一種效率高、成本不高且涂層質(zhì)量良好的表面熔融工藝,在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。目前通過該技術(shù)已經(jīng)在WC增強(qiáng)鐵基復(fù)合涂層上獲
2、得了良好研究成果,但WC價(jià)格高使得此涂層使用成本大,本文嘗試采用低廉的SiC代替WC,研究其與鐵基合金的表層復(fù)合情況。
為提高SiC穩(wěn)定性,本文首先通過PIRAC預(yù)涂覆工藝在SiC顆粒表面生成保護(hù)覆層。用金屬粉(Cr/Ti)在高溫真空環(huán)境下對(duì)SiC反應(yīng)涂覆,之后顆粒被由硅化物(Cr3Si/Ti5S13)和碳化物(Cr7C3、Cr23C6/TiC、Ti8C5)組成的反應(yīng)層包裹,且碳化物和硅化物在覆層中規(guī)律排列分布,呈多層膜式結(jié)構(gòu)
3、。
通過等離子堆焊技術(shù)獲得的涂層與襯底結(jié)合緊密、界面平整、成型性良好,無宏觀裂紋等缺陷。鐵基合金涂層組織主要由α-(Fe,Cr)初生相和少量α+碳化物共晶組成,底部結(jié)晶形態(tài)為平面晶、以上為不規(guī)則胞狀晶。鐵基+Cr-SiCp同步送粉堆焊組織中,顆粒完全分解,Cr涂覆未能顯示出保護(hù)SiC效果。Cr-SiCp分解導(dǎo)致合金組織中共晶數(shù)量增加,晶體生長(zhǎng)形態(tài)也受影響,當(dāng)Cr-SiCp添加量為2.5%時(shí)組織中出現(xiàn)明顯樹枝晶;當(dāng)含量達(dá)5%時(shí),
4、組織從亞共晶變?yōu)檫^共晶。對(duì)Cr-SiCp進(jìn)行后送粉,堆焊涂層中SiC未完全分解,表層SiC分布較多且保存完整。Cr涂覆顯示出保護(hù)SiC效應(yīng)。但由于密度低,SiC僅能達(dá)到涂層淺層處,且內(nèi)部SiC顆粒數(shù)量較少、損傷嚴(yán)重。受Cr-SiCp分解影響程度不同,基體組織不均勻,從涂層上部至底部差別較大,不同區(qū)組織顯示出與x%Cr-SiCp同步送粉組織的相似性:涂層上部基體為過共晶組織,中部典型樹枝晶,下部與鐵基合金組織相同。鐵基合金+Ti-SiCp
5、同步送粉堆焊涂層中,SiC未受到破壞、保留完整,顯見Ti涂覆對(duì)SiCp起到的很好保護(hù)效果。堆焊過程中Ti-SiCp覆層的碳化物部分溶解,受其影響基體組織出現(xiàn)了胞狀晶和樹枝晶。SiC與基體之間的界面層較厚,屬于在涂覆層未完全溶解保留下來,并在堆焊時(shí)Fe、Cr擴(kuò)散進(jìn)入了該層。
Cr-SiC后送粉涂層上部區(qū)硬度明顯高于鐵基合金,硬度最高達(dá)930HV0.2,以下兩者基本相等。50kg載荷下SiC后送粉涂層耐磨性相對(duì)鐵基合金提高1.4倍
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