镍/碳化钨钎涂层界面行为与力学性能

具有高耐磨、抗腐蚀、高硬度的镍/碳化钨复合涂层,在盾构部件、航空航天等领域广泛应用。为提高水力机械过流部件服役寿命,以WC颗粒和镍基粉状钎料为原材料,采用真空钎涂在201不锈钢表面制备镍/碳化钨复合钎涂层,借助扫描电镜、金相显微镜、洛氏硬度计对钎涂层界面微观组织和力学行为进行研究。结果表明,涂层与基体之间元素扩散主要表现为钢基体中Fe、Cr和Mn元素向涂层组织中溶解扩散,在界面处偏析沉淀;含有25%(质量分数)WC钎涂层显微硬度分布均匀,是钢基体的4.6倍;钎涂层耐磨性随WC含量增加而提高,添加15%~35%WC可显著提高基体表面耐磨性,复合钎涂层耐磨性是钢基体的8.4~15.7倍;钎涂层表面未发生明显变化,裂纹开口平整,呈脆性断裂。

基于第一性原理的镍/碳化钨复合钎涂层界面分析

镍/碳化钨复合涂层具有高硬度、高耐磨性、低摩擦因数等优点,已在农业机械、磨料磨具、新能源领域广泛应用。为此,采用第一性原理密度泛函理论研究工程机械用镍/碳化钨复合钎涂层Ni(111)/WC(0001)界面和Ni(111)/W2C(0001)界面行为,讨论碳化钨增强镍基复合钎涂层中W_(2)C相对耐磨涂层性能的影响规律。第一性原理计算结果表明,选取5层Ni(111)表面、9层WC(0001)表面和9层W2C(0001)表面代替块体特征,在6种堆叠方式中,Ni(111)/WC(0001)界面C终端B位置堆叠黏附功最高为7.42 J/m^(2),即界面结合强度最高;系统分析不同界面电子结构发现,镍原子更倾向与碳原子结合成键,Ni-C之间主要为离子键特性,界面镍原子金属键性质比非界面镍原子大幅减弱,复合涂层界面应严格控制W_(2)C相生成。可为高耐磨高硬高强复合涂层的制造生产提供理论依据。