半導體激光熔覆WC增強Ni、Co基合金的研究.pdf

1、鎳基和鈷基高溫合金因具有較好的高溫耐磨、耐蝕及抗氧化性能而廣泛地應用于石油化工、閥門制造、機械裝備等領(lǐng)域。然而，對于在高溫、高壓、高載荷等苛刻工況條件下的使用的零件，單一的合金難以滿足零件的使用要求。在鋼鐵材料表面激光熔覆 WC增強高溫合金所形成的復合涂層可以有效滿足零件在苛刻工況下的服役性能要求及提高零件的使用壽命。但金屬和陶瓷的物理性能差異較大，導致復合熔覆層容易出現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷，因此，獲得無任何裂紋、氣孔缺陷且高溫耐磨性能較優(yōu)

2、異的金屬/WC復合涂層一直以來成為難點。
　　本文利用高功率半導體激光器在304不銹鋼表面成功制備了幾種不同體系的金屬/WC耐磨熔覆層。利用光學顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜儀(EDX)、X射線衍射儀(XRD)、高溫端面磨損試驗機等對熔覆層形貌、組織結(jié)構(gòu)、界面特征及不同溫度下的摩擦磨損行為進行了全面研究。
　　以Ni基、Co基合金為粘結(jié)相，在不銹鋼表面熔覆了不同角狀WC含量的Ni/WC、Co/WC熔覆層以及N

3、i包60％球形WC熔覆層。結(jié)果表明，WC含量越高，熔覆層裂紋敏感性越大，氣孔越容易形成； Ni包球形WC熔覆層抗裂性最好，其次為Ni/角狀WC，Co/角狀WC抗裂性最差；通過基體預熱和添加稀土元素方法可以有效消除高角狀WC含量的熔覆層裂紋、氣孔缺陷。三種體系熔覆層的WC顆粒與粘結(jié)相界面結(jié)合均較好，無任何顯微缺陷。純Ni基合金主要由γ-Ni固溶體, Cr7C3和 Fe3C碳化物組成，隨著 WC含量的增加，熔覆層組織逐漸細化，且出現(xiàn)了金屬間

4、化合物Ni4W、M23C6等碳化物；純Co基熔覆層由γ-Co固溶體，Ni4W，W2C和Co3W組成，隨著 WC含量的增加，WC燒損越嚴重，熔覆層枝晶組織越細小，析出的碳化物尺寸越大，顆粒與粘結(jié)相界面越粗糙，當WC質(zhì)量分數(shù)達到40%以后，熔覆層中析出了大量的Co6W6C、Fe6W6C和Cr23C6等碳化物。
　　復合熔覆層硬度較純Ni基或Co基熔覆層明顯提高。摩擦磨損試驗結(jié)果表明，在常溫、600℃和700℃下，高WC含量的復合熔覆層

5、表現(xiàn)出較好的耐磨性，其耐磨性相對于純高溫合金大幅度提高。三種體系復合熔覆層耐磨性比較得出，常溫下Ni-60%角狀WC熔覆層耐磨性最好，其次為Ni包60%球形WC，Co-20%角狀WC耐磨性最差；高溫600℃下，Co-20%角狀WC熔覆層耐磨性最好，其次為Ni-60%角狀WC熔覆層，Ni包60%球形WC耐磨性最差。常溫下，純Ni基合金和Co基合金的磨損機制主要為粘著磨損和部分磨粒磨損，隨著 WC含量的增加，磨損形式逐漸以磨粒磨損為主。高溫