CeO_(2)对WC/Ni复合熔覆层微观组织与性能的影响

本工作采用真空熔覆技术制备了不同CeO_(2)含量的WC/Ni复合熔覆层,通过SEM、XRD、EDS及显微硬度计对复合熔覆层的微观组织、成分及硬度分布等进行系统分析。结果显示:与基体呈冶金结合的复合熔覆层组织致密,复合熔覆层由厚度2~3 mm且具有网状结构特征的复合层区与约300μm的过渡层区组成,根据熔合程度过渡区又分为冶金熔合区、扩散熔合区及扩散区;随着CeO_(2)含量的增加,复合熔覆层的晶粒逐渐细化、熔合质量提高,特别是过渡熔合区出现鱼骨状的析出相;复合区的网孔部位主要组成相为γ-(Ni,Fe)固溶体、FeNi_(3)、Cr_(7)C_(3)、Cr_(23)C_(6)、Ni_(3)Si和NiB,网线区主要组成相为WC、WC_(2)、γ-(Ni,Fe)固溶体、共晶组织等;复合熔覆层的显微硬度由表面至基体逐渐降低,且随着CeO_(2)含量的增加硬度逐渐升高,CeO_(2)含量为1.5%时,达到最大值,其平均显微硬度比基体提高5~6倍。

Mo对激光熔覆WC/Ni35涂层组织与性能的影响

针对高WC含量的WC/Ni35熔覆层容易出现裂纹的问题,在WC/Ni35熔覆层中添加2、5和8 mass%Mo元素,研究Mo对WC/Ni35熔覆层组织与性能的影响。结果表明:随着Mo元素含量的增加,WC/Ni35熔覆层组织更加致密细小,柱状晶减少,等轴晶增加。添加2和5 mass%Mo元素的熔覆层中,Ni _(17)W_(3)、Cr_(4)Ni_(15)W等新的硬质相数量增多,导致熔覆层平均硬度增大;添加8 mass%Mo元素的熔覆层中,物相较多以含Mo的韧性相存在,其平均硬度和添加5 mass%Mo元素的熔覆层持平。Mo元素含量增加到5 mass%时,熔覆层中产生新的W的化合物,减少W元素的偏析现象,同时Cr元素对钝化膜的修复作用,使熔覆层耐腐蚀性提高;添加8 mass%Mo元素的熔覆层由于Cr的析出导致出现贫Cr区,熔覆层的耐腐蚀性降低。添加8 mass%Mo元素的熔覆层没有产生裂纹。在高WC含量的WC/Ni35熔覆层中添加8 mass%Mo元素,可以获得无裂纹、组织致密的熔覆层,其硬度提高,耐腐蚀性略有降低。

送粉激光熔覆合成制备WC/Ni硬质合金涂层及其耐磨性

借助同轴送粉法将W/C/Ni元素混合粉末送入熔池,利用激光熔池中热力学和动力学条件,在优化材料成分和激光熔覆工艺参数条件下可以直接反应合成出WC颗粒,形成以WC/Ni为主的复合涂层.熔覆层中含有WC,CW3,α-W2C,W2C,Fe6W6C,FeW3C,W3O,C等相.添加2wt%的Cr3C2可以细化涂层中的WC颗粒尺寸,颗粒平均尺寸为4～6μm,硬度值为85HRA左右.激光合成制备的WC/Ni硬质合金涂层的耐磨性尚不及YG8硬质合金的耐磨性,但比渗氮处理试块的耐磨性提高了7.9倍.激光直接合成硬质合金涂层的成本低,可在零件的任何部位原位合成,形状尺寸不受限制.

Y_2O_3含量对38CrMoAl钢表面激光合金化WC/Ni金属陶瓷组织与性能的影响

采用激光合金化技术,在38CrMoAl钢表面制备不同Y_2O_3含量的WC/Ni合金化层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、显微硬度计和摩擦磨损试验机,系统研究合金化层的相组成、显微组织、显微硬度及摩擦磨损性能随Y_2O_3含量的变化规律。结果表明:不同Y_2O_3含量的合金化层皆是由γ-(Fe,Ni)、基体马氏体、M3C及WC相组成,其中纳米WC颗粒主要分布在合金化层上部的枝晶间,而微米WC颗粒则分布于合金化层底部边缘区,且在颗粒边缘形成有明显的外延生长层。随着Y_2O_3含量的增加,具有亚共晶形貌特征的凝固组织逐渐细化,γ-(Fe,Ni)和M3C数量增多,基体马氏体数量略有减少。但当Y_2O_3含量(质量分数,下同)超过1.0%时,凝固组织开始有所粗化。随Y_2O_3含量增加,合金化层硬度呈先增后降、摩擦因数和磨损失重呈先减后增的变化趋势。当Y_2O_3含量为1.0%时,合金化层硬度(781HV0.2)最高,为基体的2.4倍;摩擦因数和磨损失重最小,分别为基体的17%和8.9%。

WC/Ni60真空熔烧涂层的组织结构特性

研究了真空熔烧WC Ni60复合涂层的显微组织结构特性 ,并测定了沿层深方向的显微硬度分布。研究结果表明 ,涂层与母材 4 5钢在界面处形成牢固的冶金结合 。

WC/Ni和WC/Cu基复合覆层的耐气蚀性能

分别在NiCrSiB和CuNiSiB自熔合金粉末中添加WC颗粒 ,利用氧乙炔焰粉末喷焊工艺制备覆层。用超声波振动气蚀仪研究覆层的耐气蚀性能 ,用扫描电镜观察覆层表面气蚀破坏形貌。结果表明 :复合覆层的耐气蚀能力比基体材料强。探讨了覆层的气蚀破坏机理。

铸造WC/Ni基合金复合材料二体磨料磨损性能的研究

用真空热压液相烧结技术制备铸造WC/Ni基合金复合材料。研究了铸造WC的颗粒尺寸及体积分数对复合材料的二体磨料磨损性能的影响,并将它与高铬铸铁(Cr28)相比较。结果表明:随着铸造碳化钨颗粒尺寸和体积分数的增大,复合材料的耐磨性提高,且远高于高铬铸铁。

WC/Ni60A等离子喷涂层的相结构分析

利用Ｘ射线衍射，ＳＥＭ； ＥＤＡＸ； ＴＥＭ及选区电子衍射等手段研究了 ＷＣ／ Ｎｉ６０Ａ等离 子喷涂层的显微组织及其相结构结果表明：涂层组织呈片层状。在Ｎｉ基合金片层中的镍基固溶体上析出 了大量高度弥散分布的 Ｍ_７Ｃ_３， Ｍ_２３Ｃ_６及 Ｎｉ_３Ｂ；由于等离子喷涂温度较高， ＷＣ大部分熔化并与 Ｎｉ 包覆层互溶，发生高温分解。

原位冶金法制备WC/Ni复合材料的形貌特性及性能研究

研究了采用直流电弧原位冶金技术制备WC/Ni复合材料的方法和组织性能。试验结果表明,生成的WC颗粒在制备的WC/Ni复合材料的底部和顶部中的分布和尺寸都不同,底部分布较少并成散乱分布,尺寸达到100~200μm;顶部分布较多且有序分布,尺寸为10~20μm。基体为Al0.9Ni4.22相且硬度整体一致,WC组织颗粒的宏观形貌为三棱柱,微观则为层片状结构,且其硬度根据所处位置不同而有一定变化,最大值可达到2 331.99 HV。

激光熔覆WC/Ni粉末对冷作模具刃口修复的实验研究

目的为实现冷冲模具凸模刃口的修复,研究了基体表面的倾斜角度对激光熔覆制备熔覆层质量的影响,寻找能够用于修复冲头刃口的最佳工艺方法,通过冲裁加工的数值模拟分析与实际冲裁,验证激光熔覆技术修复冷冲模具刃口的可行性。方法在不同倾斜角度的Cr12MoV基材表面上,分别采用垂直于地面和垂直于基体表面两种熔覆方法制备WC/Ni熔覆层,通过熔覆层的截面形貌、结合质量变化以及硬度的分析,选取最佳的修复工艺。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS),对比分析了基材表面倾斜角度变化对熔覆层截面组织形貌与物相组成的影响。根据熔覆层的平均硬度检测值以及被加工板料实测数据建立有限元仿真模型,利用磨损累计法对其求解,得出符合预期的使用寿命后,将修复冲头参与实际冲裁加工,验证激光修复冷冲模具的可行性以及有限元仿真模型的可靠性。结果选择激光功率为1.2 kW,扫描速度为2 mm/s,送粉电压为8 V,离焦量(基体与熔覆头的直线距离)为12 mm,当基体的被熔覆表面相对于地面的倾斜角度不超过50°且与激光束形成的夹角不超过35°时,制备出的熔覆层质量较高。基体表面倾斜时,熔覆层的峰值点始终位于熔覆层中心区域,熔池最大深度值会向靠近激光头的一侧移动。采用垂直于地面和垂直于基体表面两种熔覆方式,在不同倾角的基材表面上制备得到熔覆层,其均由γ-Ni(Fe)、Fe6W6C、Fe2B、WC、W2C、Cr7C3、W2B等硬质相和复杂的间隙化合物组成,基材表面倾斜角度的变化只对熔覆层组织结构的细化程度以及各元素的质量分数产生影响。结论使用激光熔覆技术搭配合适的修复工艺,不仅可以有效地修复磨损失效后的冷冲模具,还能起到局部改性的作用,熔覆过程中生成的碳化物等硬质相对修复区域硬度的提高起到了主要作用。修复后的冲头的平均使用寿命为5283次/支,与有限元寿命预测的仿真结果5600次/支基本吻合,进一步验证了有限元仿真模型的准确性。

WC/Ni金属陶瓷亚音速火焰喷涂层的微观组织机构

采用Ｘ 射线、扫描电镜、透射电镜及选区电子衍射等手段研究了镍包碳化钨金属陶瓷亚音速火焰喷涂层的微观组织结构。试验结果表明，由于喷涂温度较高，使镍包碳化钨颗粒处于熔融或半熔融状态，发生了碳化钨的分解，在凝固过程中除了形成六方结构的ＷＣ外，还形成了少量的密排六方结构的α－ Ｗ２Ｃ。在Ｎｉ 熔体和ＷＣ熔体的互熔区形成了一定数量的具有复杂面心结构的Ｍ６Ｃ和具有正交结构的Ｎｉ３Ｃ，以及少量的Ｍ６Ｃ＋ γ－ Ｎｉ 基固溶体共晶。

WC含量对WC/Ni60涂层组织和性能的影响

在零件表面制备硬质涂层,可以在保持零件基体本身性能的基础上,改善零件的表面性能。利用表面粘涂技术和电接触强化技术在45钢基体表面制备WC/Ni60涂层,并通过扫描电子显微镜、硬度测试仪、摩擦磨损试验与热震试验研究了不同WC含量的涂层的组织与性能。结果表明,用表面粘涂技术先制备预涂层,然后用电接触强化技术对预涂层进行强化处理,可以在45钢基体表面制备出完整均匀的WC/Ni60涂层。在相同试验条件下,随着WC含量的增加,涂层硬度与抗热震性能提高;当WC含量为60%时,表面硬度最高,抗热震性能最好。当WC含量为50%时,磨损重最低,耐磨性最好。

EFFECT OF OVERLAPPING TREATMENT ON MICROSTRUCTURE OF LASER-CLAD WC/Ni60A COMPOSITE COATING

The effect of overlapping treatment on microstructure of laser clad WC/Ni60A composite coating was studied with XRD, SEM, TEM and SAED etc. The results show that during the overlapping treatment the existence of the residual heat and edge angle effect on the substrate has changed the composition and microstructure of the coating by raising the fusion temperature and increasing the dilution degree of the coating.

WC-Ni基硬质合金微观结构和物理力学性能调控研究进展

WC-Ni基硬质合金用作磁性材料成形模具、核主泵机械密封关键部件以及磨蚀性服役工况耐磨零件独具优势。由于材料体系的本征特性,与WC-Co合金相比,在黏结金属含量相同和合金晶粒度相近条件下,WC-Ni基合金强度、硬度和韧性均明显较低,高性能化面临挑战。本文对WC-Ni三元合金和含其它合金组元WC-Ni基合金的微观结构和物理力学性能调控,以及含Ti板状晶WC-Ni基合金的研究进展进行综述,旨在奠定高性能WC-Ni基硬质合金新材料高效开发的基础。

WC-Ni基硬质合金的基础研究进展

WC-Ni基硬质合金可应用在磁性材料成形模具和核主泵机械密封关键部件等极端工况领域。由于材料体系的本征特性,WC-Ni基硬质合金的高性能化和质量稳定性控制一直面临挑战。两相区碳窗口、固液转变温度、液相烧结过程中的润湿行为,以及合金组元在黏结相中的固溶特性,是硬质复合材料成分及其制备工艺设计的关键参数。本文以制备工艺体系最完善的WC-Co基硬质合金为参比对象,从上述4个方面对WC-Ni基硬质合金的本征特性及其研究进展进行综述,旨在强化对WC-Ni基硬质合金本征特性的理解,为高性能WC-Ni基硬质合金新材料高效开发提供参考。

Mo添加对WC-Ni硬质合金微结构及性能的影响

采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和性能检测等方法研究了不同Mo添加量对WC-Ni-Mo硬质合金的WC粒度、硬度、摩擦磨损和耐腐蚀性能的影响。结果表明:在研究的成分范围内(w(Mo)=1.5%~2.0%),WC的平均晶粒尺寸基本不随Mo添加量的变化而变化;随Mo添加量的增加,WC-Ni-Mo硬质合金的硬度略微有所下降,而摩擦磨损性能得到提升。Mo质量分数为2%的WC-Ni-Mo硬质合金在酸性溶液中的耐腐蚀能力要高于Mo质量分数为1.5%的合金,并且具有更好的电化学稳定性。总体来看,WC-8.0%Ni-2.0%Mo合金的综合性能优于WC-8.5%Ni-1.5%Mo硬质合金。

12CrMoV合金钢表面激光熔覆WC/Ni基涂层组织演变及性能研究

为解决冷作模具钢在长期服役过程中易发生磨损失效及腐蚀失效的问题,利用激光熔覆技术在12CrMoV基板上制备了不同WC含量的Ni60涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线能谱仪、摩擦磨损试验机及电化学工作站对涂层的成形特征、显微组织、力学性能及耐腐蚀性能进行了表征。结果表明:WC的添加量改变了熔池的凝固特性,从而降低了涂层的宽度,提高了涂层的深度;当WC的添加量为30%(质量分数)时,涂层的硬度为853 HV0.3,平均摩擦因数仅为0.467,具有优异的力学性能,但韧性降低,导致凝固过程中形成孔隙,降低了涂层的耐腐蚀性能;当WC的添加量为10%和20%时,晶粒组织的尺寸得到了细化,晶界面积减小,具有优异的耐腐蚀性能;当WC添加量为20%时,涂层的腐蚀电流密度仅为3.65×10-5A/cm^(2),并且力学性能略低于WC添加量30%得到的涂层。因此,探究了适用于磨损环境及腐蚀环境的WC/Ni60涂层,确定了WC的最佳添加量,拓展了WC/Ni60涂层在模具钢的应用范围,对工程实践具有指导意义。

表面机械研磨法制备Ni+WC复合涂层的耐磨性研究

为强化TA1钛合金的组织结构并提高其耐磨损性能,采用行星式机械球磨装置,在Ni与WC 2种粉末配比分别为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1及5∶1的5种混合型增强介质下对TA1合金进行表面机械复合强化处理,在0.05 MPa氮气气氛下,设定转速为350 r/min,时间为8 h,对TA1钛合金进行表面机械变形+固相涂层复合强化处理,这种一步法表面复合强化技术具有工艺简单、能耗少、涂层选材灵活等优势。结果显示:TA1钛合金表面形成由Ni+WC涂层+形变细晶区组成的复合强化层,涂层区厚度在40μm以上,其中Ni∶WC为3∶1时所得复合涂层内部缺陷最少,且连续均匀。在5 N、10 N载荷下Ni∶WC为3∶1摩擦系数相较于其他比例低,摩擦区间更加稳定且持续时间更长。2种载荷下磨损量均较TA1原样少,其中Ni∶WC为3∶1的强化样磨痕深度、磨损量均优异于其他4种配比,因此减摩效果最为优异。此种Ni、WC混合增强介质下表层机械复合强化工艺可大幅提升TA1钛合金表层耐磨损性。混合增强颗粒涂层具有较强的减摩效果,其磨损机制主要是磨粒磨损与氧化磨损。

WC-Ni基硬质合金的光固化增材制造

采用光固化增材制造(3D打印)技术制备WC-Ni基硬质合金,研究了浆料配比和增材制造工艺参数对浆料流变性能和固化性能的影响以及WC-Ni基硬质合金的性能。结果表明:当浆料固含量为40%(体积分数)、分散剂为ZN-1344且加入量为粉体质量的2%时,WC-Ni浆料的流变性能满足增材制造工艺需求,当剪切速率为100 s^(-1)时,浆料黏度为2.718 Pa·s;该浆料的最大单层固化厚度可达144μm,对应工艺参数为0.01 mm线间距、90%激光功率和2 000 mm/s扫描速度;采用响应曲面法拟合数据获得的浆料单层固化厚度计算模型,计算值与实际值误差为3.4%,可起理论预测作用;光固化增材制造WC-15%Ni硬质合金的密度和相对密度最高,分别为13.51 g/cm^(3)和96.5%,加入1%晶粒长大抑制剂Cr_(3)C_(2)后,硬质合金维氏硬度显著提高,达到945 HV_(30),接近同等Ni含量但不含有Cr_(3)C_(2)的传统硬质合金硬度。

激光熔覆Ni/WC梯度复合涂层的组织与性能研究

目的减少涂层内部缺陷,提高Cr12MoV模具钢表面的显微硬度及耐磨性。方法采用激光熔覆技术在Cr12MoV钢上逐层制备Ni60-Ni60/25%WC(Ni/WC)梯度复合涂层。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦试验机和冲击试验机,研究梯度复合涂层的物相组成、微观组织、显微硬度、耐磨性与冲击韧性。结果在Cr12MoV的基体上制备Ni/WC梯度复合涂层,Ni60层与Ni60/25%WC冶金结合理想。Ni/WC梯度复合涂层的表面主要物相为γ-(Fe,Ni)、FeNi_(3)、CrB、Cr_(7)C_(3)、Cr_(23)C_(6),从Ni60层底部到顶部依次为胞状晶、柱状晶、细小的等轴枝晶。Ni/WC梯度复合涂层硬度呈梯度分布,涂层的平均硬度达到698.5HV,相较于基体提高了约55.2%。与基体相比,Ni/WC梯度复合涂层表现出更好的耐磨性能,摩擦系数和磨损率分别下降了40.92%和28.6%,其中基体表现为黏着磨损,然而涂层整体表现为磨粒磨损。但较基体而言,Ni/WC梯度复合涂层的冲击韧性值降低了32.48%,复合涂层区域表现为脆性断裂。结论Ni/WC梯度复合涂层冶金结合良好,同时与基体相比,Ni/WC梯度复合涂层可以有效提高硬度及耐磨性,但冲击韧性有所降低。