不同预热温度WC增强镍基合金堆焊层的微结构演化与摩擦学性能

目的研究不同预热温度(200、400℃)条件下硬质颗粒增强镍基合金堆焊层的微观组织结构演化机理,以及对其力学性能、磨损性能的影响规律。方法采用等离子弧焊接技术在42CrMo钢基体表面堆焊硬质WC颗粒增强镍基强化层,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、硬度计和摩擦磨损试验机,分析不同预热温度堆焊层的物相组成、微观组织形貌、力学性能和磨损性能,建立堆焊层制备工艺–微观组织结构–力学性能–磨损性能之间的强映射关系。结果堆焊层主要由γ-Ni/Fe、WC、W_(2)C、M_(7)C_(3)、M_(23)C_(6)、Ni_(2)W_(4)C、Cr_(3)C_(2)等物相组成,在预热温度200℃下堆焊层二次碳化物析出较少,发生了严重的WC颗粒沉降现象;在预热温度400℃下,堆焊层析出了大量的二次碳化物,WC颗粒沉降减弱,组织均匀性提高。在400℃下预热,相较于200℃下预热,堆焊层的磨损质量减少了51.85%,磨损率减少了51.89%。结论高预热温度和长保温时间可促进WC颗粒界面反应,驱动大面积二次碳化物的析出,有效缓解WC颗粒沉降,改善凝固组织中WC颗粒的分布均匀性,从而显著提高堆焊层的硬度和耐磨性。

Y_(2)O_(3)对等离子堆焊WC/Ni60堆焊层组织及性能的影响

利用等离子堆焊在Q235钢板上制备镍基复合堆焊层,研究了不同含量的Y_(2)O_(3)对镍基碳化钨堆焊层组织及性能的影响。采用SEM、XRD分析了堆焊层的微观组织;使用维氏硬度计和端面高温摩擦磨损试验机对堆焊层进行了硬度和磨损性能测试。结果表明:Y_(2)O_(3)的加入促使堆焊层中碳化物规则化,以WC为核心向周围生长。堆焊层检测出主要的物相为γ-Ni(Fe)、WC、W_(2)C、M_(23)C_(6)、M_(6)C、Cr_(7)C_(3)、FeNi_(3)相。添加1.2%Y_(2)O_(3)的堆焊层维氏硬度达到最大值970 HV0.5,比未加Y_(2)O_(3)的堆焊层硬度高283 HV0.5,在高温摩擦磨损条件下磨损量最小为2.8 mg,摩擦系数为0.32,此时磨损机制为轻微的磨粒磨损。

Cr30钢表面镍包WC增强铁基合金涂层的微观组织和耐磨耐蚀性能研究

为改善Cr30钢表面的耐冲蚀磨损性能以及耐硫酸、盐酸腐蚀性能,以铁合金粉和镍包WC颗粒的混合物为原料,采用激光熔覆技术在Cr30钢表面制备含镍包WC铁基合金涂层,研究了原料中镍包WC质量分数(10%~30%)对铁基合金涂层的显微组织、物相组成、显微硬度、耐冲蚀磨损性能、耐硫酸和盐酸腐蚀性能的影响。结果表明:不含镍包WC的铁基合金涂层物相为FeCr固溶体和Cr_(23)C_(6);含10%和20%镍包WC的铁基合金涂层物相为FeCr固溶体、Cr_(23)C_(6)和Fe3W3C;随着镍包WC含量增至30%,铁基合金涂层中析出了新的碳化物Fe_(6)W_(6)C,含30%镍包WC的铁基合金涂层物相为FeCr固溶体、Cr_(23)C_(6)、F_(e)3W_(3)C和Fe_(6)W_(6)C。随着镍包WC含量的增加,铁基合金涂层的显微硬度、耐冲蚀磨损和耐硫酸、盐酸腐蚀性能提高,当镍包WC质量分数为30%时,铁基合金涂层的组织致密、细化效果最明显,涂层的硬度最高,达到786 HV_(0.5);30%镍包WC的铁基合金涂层的耐冲蚀磨损、耐硫酸和盐酸腐蚀性能最佳。

基于田口-灰色关联法的Ni60+WC激光熔覆涂层工艺参数优化

目的 优化Ni60+WC激光熔覆工艺参数,提高熔覆层质量。方法 设计三因素四水平正交试验,通过激光熔覆手段,在Q235钢板表面激光熔覆Ni60+25%WC粉末,并结合超景深光学显微镜和扫描电子显微镜观察熔覆层形貌。同时,以熔覆层几何形貌和气孔率作为优化目标,评估工艺参数对其的影响。结合灰色关联理论,对熔覆层最佳工艺参数进行预测,并进行试验验证。结果 优化后的熔覆层主要以胞状晶为主,且熔覆层和基体形成了良好的冶金结合。采用田口-灰色关联法对激光熔覆工艺参数进行优化,极大地减少了试验次数(从64次减少到16次)。灰色关联度的预测值(0.626 553)与试验验证值(0.672 659)有较高的吻合度,误差仅为7%。优化后的工艺参数组合为激光功率1100W,扫描速度为10mm/s,送粉速率为7.6 g/min。优化后的熔覆层宽度增加了22%(1 949μm增加到2 383μm),稀释率降低了58%(24.42%降低至10.33%),优化后的稀释率更接近目标值10%。同时,气孔率也降低了7%(0.329%降低至0.306%)。优化后的熔覆层润湿角仍小于70°,符合优化目标。结论 田口-灰色关联法能极大地减少试验次数,并较为准确地实现激光熔覆工艺参数的预测优化,有效提高熔覆层的质量,为解决复杂多响应问题的参数优化提供了一种有效手段。

扫描速度对等离子熔覆WC增强镍基合金涂层组织与耐蚀性的影响

为了提高金属材料的表面性能,通过等离子熔覆技术,在低碳钢表面制备了35%WC+65%Ni60合金涂层,研究了不同扫描速度对涂层组织与耐蚀性的影响。涂层组织分析及电化学性能试验结果显示:WC-Ni合金涂层的表面光滑连续,并存在良好的冶金结合,其稀释率先减小后增加;涂层的底部组织由树枝晶和大尺寸的WC颗粒构成,顶部组织由树枝晶/等轴晶和微米级WC颗粒构成;随着扫描速度的增加,涂层组织由等轴晶向树枝晶转变;当扫描速度为120 mm/min时,涂层自腐蚀电位最高,自腐蚀电流密度最小,耐蚀性最好。研究表明,当涂层具有均匀的组织、尺寸小的WC颗粒和固溶越多的W元素时,涂层具有良好的耐蚀性。

WC颗粒增强Ni基合金复合涂层的热处理组织变化

制备了Ni60B合金激光熔覆涂层、微米WC颗粒增强Ni60B合金激光熔覆涂层(WCm)和纳米WC颗粒增强Ni60B合金激光熔覆涂层(WCn),模拟干滑动磨损温升和磨损时间对激光熔覆涂层进行了100～900℃不同温度下的热处理,用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射技术等分析了原始激光熔覆涂层的组织以及在不同温度处理后涂层的组织变化,研究了仅在热的作用下,有无WC颗粒强化对涂层组织变化的影响,以及微米WC和纳米WC不同颗粒增强对镍基合金涂层组织变化的作用。分析结果表明:激光熔覆Ni60B涂层随温度上升到700℃,Cr、Fe、C元素发生扩散,碳硼化物形态变化并发生晶型转变,在900℃时才有相析出现象。WCm涂层和WCn涂层随着温度的升高,Ni基固溶体中出现W和Cr、Fe、C的脱溶,各种形态的碳化物组织将发生不同形式的转化。纳米WC的加入使得WCn涂层组织过饱和度增大,出现上述变化的温度降低。

Ni基WC涂层组成及分布对耐磨性能的影响

通过熔覆工艺在不锈钢基体表面制备Ni基WC耐磨涂层。使用X线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)配合能谱仪(EDS)对涂层中的金属陶瓷相进行成分与分布的表征,并考察相分布对涂层硬度和耐磨性能的影响。通过球盘摩擦实验对耐磨性能进行评价。结果表明:涂层中主要为γ-Ni及其他碳化物(Cr23C6)、硼化物(Ni3B)及WC颗粒,弥散在合金中的WC颗粒通过溶解-再析出产生生长和沉积的现象;涂层有约190μm厚的扩散结合区域,涂层显微硬度在结合区域附近随层深的降低而迅速减小;耐磨性能由涂层表面往下逐渐增强,WC含量、颗粒的分布及粒度对耐磨性能有较大影响,40%WC涂层耐磨性能最佳。

激光制备镍基纳米WC/Co复合涂层的耐磨性研究

对不锈钢表面激光涂覆Ni基纳米WC/Co复合涂层的耐磨性进行了研究。结果表明,与热喷涂及喷焊Ni基WC/Co涂层相比,激光涂覆Ni基纳米WC/Co复合涂层的相对耐磨性明显较高。在选定的试验条件下,激光涂覆层的相对磨损体积分别为热喷涂及喷焊层的6.91%及15.46%,其原因是激光快速涂覆工艺及纳米WC/Co综合作用的结果。

WC加入量对Ni60自熔合金喷焊层冲蚀磨损特性的影响

在转盘式磨蚀试验台上,对Ni60+25%WC和Ni60+35%WC涂层进行了冲蚀磨损试验,结果表明:在加入量25%～35%范围内,WC加入量的变化对涂层的耐冲蚀性能的影响不大,两种涂层的冲蚀磨损机理主要是微切削。

熔覆温度对真空熔覆WC增强镍基合金层组织及性能的影响

为了在保证良好力学性能的前提下提高45钢的表面质量,采用真空熔覆技术以不同熔覆温度在45钢表面制备WC增强镍基合金熔覆层。利用扫描电镜分析熔覆层组织形貌以及过渡层结合情况;通过硬度测试和磨损试验分析熔覆温度对熔覆层性能的影响。结果表明:随着熔覆温度的升高,熔覆试样过渡层逐渐增厚但整体变化不大,都大于30μm,满足冶金需求;熔覆温度过高时,WC分解严重,熔覆层耐磨性大大降低;熔覆温度为1 225℃时,得到的WC增强镍基合金效果良好,熔覆层洛氏硬度接近40 HRC,对母材强化作用明显,可显著提高其耐磨性。

高频微振对激光熔覆镍基WC增强涂层的影响

目的改善传统激光熔覆工艺制备的涂层组织粗大,物相分布不均匀,易出现气孔裂纹等缺陷。方法采用松香酒精溶液作为粘接剂,将涂层材料(镍包碳化钨粉末)预置于Q235钢基体表面,选用最优激光参数(功率P=1600 W、光斑直径d=5 mm、扫描速度ν=4 mm/s),并在高频微振辅助工艺下进行熔覆试验,最终制备出镍基碳化钨增强涂层。分别使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度仪及万能摩擦磨损试验机(UMT)对涂层的显微组织、元素成分及物相、显微硬度和耐磨性能进行测量分析。结果在高频微振产生的激振力作用下,涂层组织由粗大的树枝晶向等轴晶及细小枝晶转变,物相成分主要为γ-Ni(Fe)、Ni3Fe、WC、M(23)C6型化合物等,深色硬质相分布均匀,气孔裂纹等缺陷基本消失,涂层磨损机制主要为轻微磨粒磨损。与无高频微振辅助的涂层相比,显微硬度提高了17%,摩擦系数减小了29%,耐磨性提高了49%。结论利用高频微振辅助激光熔覆工艺,可使制备出的涂层质量显著改善,微观组织更加致密,成分分布更加均匀,细晶强化和弥散强化效果增强,硬度、耐磨性等力学性能得到明显提升。

真空熔覆WC颗粒增强镍基合金涂层的组织与性能

为了提高45钢表面的耐磨性能和耐腐蚀性能,研究WC含量对镍基合金涂层组织及性能的影响规律,通过真空熔覆技术,在45钢表面制备不同WC含量的镍基合金涂层,利用一系列检测手段分析了WC颗粒增强镍基合金涂层的显微形貌、元素分布、物相、显微硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能。结果表明:不同WC含量下制备的真空熔覆试样均形成了良好的冶金结合,物相主要由WC、W_2C、Ni_(2.9)Cr_(0.7)Fe_(0.36)、FeNi、M_7C_3等组成;当WC含量为30%时,涂层的平均显微硬度最大且耐磨性能最好,最大显微硬度达到1 225 HV_(2.5 N),相同条件下熔覆层磨损量仅为母材的16%;随着WC含量增加,涂层的耐腐蚀性能降低,但不同WC含量的涂层耐腐蚀性能均较母材提高了9倍以上。

WC颗粒增强镍基合金喷熔层腐蚀磨损行为及其人工神经网络预测分析

采用氧-乙炔焰喷熔工艺制备了碳化钨(WC)颗粒增强镍基合金喷熔层,研究了它的腐蚀磨损行为.结果表明:喷熔层耐腐蚀磨损性能随WC含量增加而提高,WC含量在20%～30%范围内,喷熔层耐腐蚀磨损性能最佳,超过30%时,其耐腐蚀磨损性能下降.载荷增加,腐蚀磨损率增大;速度增加,腐蚀磨损率下降.低速重载荷时,WC颗粒增强效果明显,且含30%WC喷熔层耐腐蚀磨损性能最好;高速轻载荷时,因WC原电池效应显著,WC颗粒增强效果减弱.基于人工神经网络的喷熔层腐蚀磨损行为预测与实验结果吻合较好,对喷熔层的应用具有重要指导作用.

CeO_(2)加入含量对激光熔覆WC增强镍基合金涂层组织与性能的影响

以镍包碳化钨粉和CeO_(2)粉的混合粉为原料,采用激光熔覆技术在42CrMo钢表面制备WC增强镍基合金涂层,研究原料中CeO_(2)质量分数(0-2.0%)对涂层物相组成、显微组织、硬度和耐磨性能的影响。结果表明:添加CeO_(2)后涂层的物相由γ-(Ni, Fe)固溶体、Ni3Fe、WC、Cr23C6、M7C3(M=Fe、Cr)以及少量的CeNi3组成;涂层与基体间形成了良好的冶金结合;当CeO_(2)的质量分数为1.0%时,组织致密均匀,细化效果最明显;随着CeO_(2)含量的增加,涂层的硬度呈先升高再下降的趋势,摩擦因数和磨损量呈先降低后增加的趋势;添加质量分数1.0%CeO_(2)涂层的平均硬度最高,为956.0 HV,比未添加CeO_(2)的提高了29%,平均摩擦因数和平均磨损体积最小,分别为0.383,11.25×10^(-3) mm^(3),与未添加CeO_(2)的分别降低了27%和20%,涂层的耐磨性能最好,磨损机制为轻微的磨粒磨损。

超音速火焰喷涂制备铝基复合制动盘工艺及力学性能研究

基于超音速火焰喷涂(High Velocity Oxygen Fuel,HVOF)技术,在7075高强铝合金表面制备出碳化钨(WC)颗粒来增强镍基合金的耐磨层,分别利用光学显微镜、扫描电镜对喷涂层及界面过渡区(Interface Transition Zone,ITZ)微观组织进行表征,技术制造分别使用显微硬度仪和万能试验机对喷涂层的显微硬度和抗剪强度进行测试,探求铝基复合制动盘超音速火焰喷涂工艺。结果表明,超音速火焰喷涂制备铝基复合制动盘的工艺参数为铝基合金表面WC颗粒含量为35%,氧油比约为3∶1,送粉量为80 g/min,喷涂距离为330 mm,入射速度为450 m/s,制动盘转速为7 r/min,氮气流量为10 L/min;铝基复合制动盘喷涂层微观组织为奥氏体基体上弥散分布着大量WC颗粒,致密度高达94%;喷涂层显微硬度约为1500HV,剪切强度约为147.3 MPa,满足制动盘力学性能要求。

激光熔敷Ni基合金涂层的腐蚀磨损性能研究

系统研究了２１－４Ｎ阀门钢表面激光熔敷Ｎｉ基ＷＣ合金、Ｎｉ基Ｗ Ｃ稀土（ＣｅＯ２）合金涂层，在不同冲击速度和腐蚀介质浓度下的动腐蚀、动磨损和腐蚀磨损性能。试验结果表明，激光熔敷层的腐蚀磨损性能优于２Ｃｒｌ３钢Ｎｉ６０＋２０％ ＷＣ＋０．５％ ＣｅＯ２具有最佳的抗腐蚀磨损性能。根据试验结果，用多元回归分析方法分别建立了冲击速度、介质浓度与腐蚀磨损速率之间；动腐蚀速率、动磨损速率与腐蚀磨损速率间的定量关系并探讨了腐蚀磨损机理。

激光熔覆修复45#钢模具的组织及性能研究

目的利用IPG光纤激光器YLR-3000激光加工系统,激光熔覆自熔性镍基碳化钨粉末修复45#钢模具磨破损区域。方法采用两种方法对磨破损区域进行修复,洛氏硬度机(HR-150DT)、显微硬度计(HVS-1000)和蔡司高级金相显微镜对熔覆熔覆层的表面硬度、金相组织和显微硬度分析对比。结果,在同一工艺参数(激光功率1200W、扫描速度2mm/s、送粉电压7V)下,磨破损区域选择环状进行修复较好,熔覆层宏观表面相对平整光滑,熔覆层的平均洛氏硬度约是基体平均硬度的2.5倍;熔覆层微观组织分析可知:熔覆层及界面处无裂纹、气孔等缺陷,熔覆层中上部分组织晶粒细小,沿熔覆层与基体交界处向外晶粒呈现柱状晶及等轴晶,组织性能良好,基体与熔覆层间冶金结合比较牢固,熔覆层显微硬度分布比较均匀并且与基体相比提高约3倍。结论利用激光熔覆技术修复模具磨破损区域具有应用价值。

45~#钢表面激光熔覆自熔性镍基碳化钨粉末

目的提高45#钢的表面性能。方法利用IPG光纤激光加工系统,采用不同的工艺参数在45#钢表面激光熔覆自熔性镍基碳化钨粉末,对熔覆层的宏观表面(平整度、表面硬度、裂纹情况)及金相组织、显微硬度分布进行对比分析。结果在激光功率为1200 W、扫描速度为2 mm/s、送粉电压为7 V时,获得的熔覆层宏观表面相对平整光滑,平均洛氏硬度约是基体的2.5倍。由微观组织分析得知,熔覆层及界面处无裂纹、气孔等缺陷,熔覆层中上部组织晶粒细小,沿熔覆层与基体交界处向外,晶粒呈现柱状晶及等轴晶,组织性能良好,基体与熔覆层间冶金结合比较牢固。熔覆层显微硬度分布比较均匀,并且与基体相比提高了约1.5倍。结论 45#钢表面机械性能得到提升,在其表面激光熔覆自熔性镍基碳化钨粉末具有可行性和研究价值。

电刷镀Ni-CNTs/PTFE纳米复合镀层的摩擦磨损与耐腐蚀性能

再制造工程中很多表面镀层要求具有优异的摩擦磨损与耐腐蚀性能,利用纳米电刷镀技术在45钢基材上制备NiCNTs、Ni-CNTs/PTFE、Ni-WC/PTFE-CNTs复合镀层。采用XRD和SEM观察电刷镀复合镀层表面相结构和微观形貌,采用球盘式摩擦磨损试验机测试其在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,采用动电位极化曲线研究其在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。结果表明:Ni-WC/PTFE-CNTs复合镀层耐磨性能最优,其次为Ni-CNTs/PTFE、Ni-CNTs复合镀层,均强于纯镍镀层;当CNTs质量浓度分别为1.5g/L和1.0g/L时,Ni-CNTs复合镀层分别表现出最优的摩擦磨损性能和最佳的耐腐蚀性能,Ni-WC/PTFE-CNTs、Ni-CNTs/PTFE复合镀层次之。纯镍镀层和Ni-CNTs复合镀层的磨损机制是粘着磨损,Ni-CNTs/PTFE复合镀层的磨损机制主要是粘着磨损,其次为磨粒磨损,Ni-WC/PTFE-CNTs复合镀层的磨损机制主要是磨粒磨损和接触疲劳磨损。

层片状堆焊材料的研制

为了研制一种柔性比较好的层片状堆焊材料,用来修复易磨损的零件表面和小型的管材类零件等,选择有机硅密封胶、聚乙烯醇、环氧树脂、水玻璃为粘结剂,与硬质材料Ni60H进行混合,做成层片状堆焊材料;另外再加入WC(碳化钨)作为硬质相,利用TIG焊在Q235钢基体上进行堆焊.结果表明:以有机硅密封胶、有机硅密封胶与环氧树脂1∶1为粘结剂的堆焊材料具有良好的柔韧性,可以任意弯折.以有机硅密封胶与环氧树脂1∶1为粘结剂的堆焊材料加入WC和CaF2后的焊接组织均匀、无缺陷,且堆焊层具有良好的耐磨性能,其洛氏硬度值为HRC43.83.