热喷涂NiCrBSi基耐磨涂层的研究进展

磨损失效是工业生产及材料使用寿命最主要的消耗方式之一,通过热喷涂表面涂层技术提高摩擦副表面摩擦磨损性能受到越来越多的关注。作为一种重要的表面处理技术,热喷涂在防腐、耐磨等方面均有出色的表现。NiCrBSi是以Ni、Cr为主要组元的Ni基自熔性合金,近年来,NiCrBSi基涂层在制备方法、性能表征和应用推广等方面都取得了重要进展。本文主要论述了热喷涂NiCrBSi和NiCrBSi-Mo涂层的自润滑性能、NiCrBSi-碳化物涂层的硬质相增强效果、NiCrBSi-氧化物涂层综合性能等方向的研究现状,分别对火焰重熔、激光重熔、炉内重熔及感应重熔NiCrBSi基涂层的原理、特点及相关应用实例进行了阐述,分析了这四种后处理重熔态涂层结构与磨损性能,着重比较添加组元和重熔工艺对涂层的组织结构、力学性能和耐磨损性能等方面的影响规律,并阐明了各自在机理上的异同。最后总结了NiCrBSi基耐磨涂层研究面临的主要问题,并针对这些问题,从材料、工艺和后处理方面提出了三点展望性建议。

激光重熔对NiCrBSi等离子喷涂层显微结构和性能的影响

1Cr18Ni9Ti不锈钢表面的NiCrBSi等离子喷涂层存在孔洞及与基体结合差等缺陷,为此进行了激光重熔处理。采用扫描电镜和显微硬度压痕仪分别对涂层的显微结构和力学性能进行了对比研究,采用SRV试验机评价了涂层激光重熔前后的滑动摩擦磨损性能,研究了激光重熔对NiCrBSi等离子喷涂层结构和性能的影响。结果表明:经过激光重熔后,等离子喷涂层中的孔洞、裂缝以及未熔颗粒等缺陷得到了消除;激光重熔层的致密度大大提高,涂层与基体呈冶金结合,涂层的显微硬度明显提高;激光重熔层的抗磨性能约为等离子喷涂层的2倍。

高频感应重熔处理火焰喷涂NiCrBSi涂层的显微组织与力学性能

采用高频感应加热技术对普通火焰喷涂NiCrBSi涂层进行了重熔处理,分析了重熔后涂层的显微组织与力学性能,探讨了涂层显微组织、单一析出相微/纳力学性能之间的对应关系。结果表明,重熔后NiCrBSi涂层的层状结构与孔隙消失,涂层/基体界面形成了代表涂层冶金结合特征、厚度约为10μm的"白区"显微组织,涂层成分在原有γ-Ni、Ni_3Fe和M_(23)C_6型碳化物基础上,出现了Fe_3C、Ni_3B、以及Cr_7C_3和CrB析出相;重熔后涂层显微硬度沿表面至基体方向呈近似线性逐渐降低,表层显微硬度约为675 HV_(0.2),接近界面区域硬度降至440 HV_(0.2),涂层内部Cr_7C_3、CrB、γ-Ni和"白区"纳米压痕硬度分别为19.2、7.0、5.0和4.2 GPa;涂层硬度变化符合"复合材料混合定律",由各物相分布及其硬度共同决定。

超音速等离子喷涂Mo及Mo+30%(NiCrBSi)涂层的耐磨性能研究

采用超音速等离子喷涂在Al10Si合金基体上制备纯Mo和Mo+30%(NiCrBSi)涂层试样,通过对涂层微观组织、显微硬度、结合强度和环块滑动摩擦磨损等试验表明,在边界润滑条件下,含Mo涂层表现出良好的耐磨和减摩性能。Mo+30%(NiCrBSi)涂层综合性能优于纯Mo涂层,涂层中的Ni Cr固溶体对涂层具有固溶强化作用及铬的硼化物(Cr2B)、碳化物(Cr3C2)等硬质相的弥散强化,提高了涂层的硬度,起到了耐磨支撑作用。

高频感应熔涂NiCrBSi合金涂层的组织与性能研究

采用高频感应熔涂新工艺制备了N iCrBSi合金涂层,并与2种工艺(激光熔覆、氧乙炔喷焊)制得的涂层的性能进行了对比研究。结果表明,高频感应熔涂N iCrBSi合金涂层的表层硬度、耐磨性均优于激光熔覆涂层和氧乙炔喷焊涂层,而且高频感应熔涂涂层表面平整,后续加工量较少。

42CrMo钢宽带激光熔覆NiCrBSi组织和性能

采用宽带扫描器将圆形光斑展宽成矩形 ,在 42CrMo基材表面激光熔覆NiCrBSi合金 ,得到致密无裂纹结合层。研究了熔覆层组织、物相及其对熔覆层硬度、耐磨性的影响 ,并综合阐述了不同工艺对硬度。

45^#钢表面NiCrBSi合金激光熔敷层的组织和硬度

为提高45#钢表面硬度及耐磨性能,采用激光熔敷技术在其表面制备NiCrBSi合金涂层,利用X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜分析了熔敷层的微观组织,利用显微硬度计测试了熔敷层的硬度.结果表明,激光熔敷层的组织由γ-Ni树枝晶、γ-Ni+Ni3B共晶、M7C3树枝晶和CrB颗粒组成,激光熔敷层的硬度在HV800～900之间.

基体材料对NiCrBSi激光熔覆层组织及硬度的影响

:在TC4合金和 6 0 #钢表面进行了激光熔覆NiCrBSi涂层的试验 ,利用扫描电镜和X射线衍射仪等对激光熔覆层的组织、成分和物相进行了分析 ,测试了激光熔覆层的显微硬度。结果表明 ,激光熔覆层在微观结构上存在熔覆区、结合区、基体热影响区三个区域。在TC4合金表面熔覆区中出现了TiB2 、TiC等新相 ,其显微硬度在HV90 0～ 110 0之间 ,明显于 6 0 #钢表面熔覆区的显微硬度 (HV80 0～ 90 0 )。

热处理对中频感应重熔NiCrBSi涂层抽油光杆性能的影响

采用火焰热喷涂-中频感应重熔技术在20CrMo抽油光杆基体表面制备NiCrBSi涂层并进行热处理,采用扫描电镜、显微硬度计、X射线应力测试仪、万能试验机和疲劳试验机等仪器,研究了热处理工艺对涂层光杆组织、硬度、表面应力、力学性能和疲劳性能等方面的影响。结果表明,中频感应重熔NiCrBSi涂层的制备和热处理对光杆基材表层组织、硬度和表面应力影响较大,热处理温度对涂层的硬度影响不显著;涂层制备和热处理会显著降低杆体的疲劳性能,重熔处理工艺的抗拉强度最大但塑性指标很差,并在疲劳试验中出现典型脆性断口,高温热处理工艺可以使涂层光杆获得较好的拉伸力学性能;普通20CrMo抽油光杆以磨损、腐蚀和疲劳断裂为主要失效原因,而NiCrBSi涂层/20CrMo光杆疲劳性能的显著降低可能成为其失效的主要原因。

45钢表面激光熔覆NiCrBSi涂层的组织和摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术在45钢表面制备N iC rBS i合金涂层,利用EPM A,SEM和TEM分析了激光熔覆层的微观组织,测试了激光熔覆层在不同环境气氛压力下的摩擦磨损性能。结果表明:激光熔覆层由熔覆区(CZ)、结合区(BZ)和基底热影响区(HAZ)三个区域组成。熔覆区的组织是在-γN i树枝晶和-γN i+N i3B共晶的基体上分布着细小的C rB颗粒和C r7C3树枝晶,结合区是基底材料和熔覆材料的混熔区,呈定向凝固特征,基底热影响区为针状马氏体组织。激光熔覆层的摩擦磨损性能与环境气氛压力密切相关,随环境气氛压力的降低,摩擦系数增大,磨损量减少。

重熔对NiCrBSi涂层组织及高温耐磨性能的影响

目的改善Ni Cr BSi涂层的组织及高温耐磨性能。方法采用等离子喷涂在45号钢基体上制备Ni Cr BSi涂层,并用氩弧对其进行重熔处理。利用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪对喷涂层与重熔层的形貌、微观组织、成分与物相进行分析。采用显微硬度仪与纳米压痕仪测试涂层的硬度、弹性模量,并计算出涂层的断裂韧性。通过室温、300℃、500℃的摩擦磨损试验评价和比较喷涂层与重熔层的耐磨性能。结果重熔层各元素分布较均匀,主要由γ-(Fe,Ni)、Cr2B、Mn5Si2和α-Fe等物相组成。重熔层由喷涂层的层状结构转变为致密的铸态组织,孔隙率由7.2%降低至0.4%,重熔层与基体之间形成了冶金结合。涂层重熔后硬度由724HV降低至608HV,但是弹性模量与断裂韧性分别由161.15 GPa和0.63 MPa·m^(1/2)提高至195.92 GPa和7.18 MPa·m^(1/2)。结论重熔处理改善了涂层的组织,使得重熔层在室温、300℃、500℃的耐磨性能均优于喷涂层。随着温度的升高,喷涂层氧化脱落越来越严重,而重熔层无明显氧化脱落。

铝合金表面激光熔覆NiCrBSi的空泡腐蚀性能

采用连续波 2 k W YAG激光器在 6 0 6 1铝合金表面激光熔覆 Ni Cr BSi合金。利用扫描电子显微镜 (SEM/EDX)、X射线衍射仪等分析检测设备研究熔覆层的组织形貌、化学成分及相组成。利用超声波感应空泡腐蚀设备对熔覆层在 3.5 % Na Cl水溶液中的空泡腐蚀性能进行了系统评价 。

Ti6Al4V表面激光熔覆NiCrBSi+B_4C涂层的组织结构

选用NiCrBSi及2％民C混粉在Ti6Al4V合金表面进行激光熔覆处理，使基体中的Ti和B4C发生化学反应原位生成TiC、TiB2硬质增强相，制备出TiC与TiB2等增强相增强钛基复合材料涂层。综合运用XRD、SEM、EPMA和TEM等分析手段研究了优化熔覆工艺条件下的NiCrBSi＋B4C激光熔覆层的组织结构与相组成，并对复合涂层进行了硬度测试，结果表明：NiCrBSi＋2％B4C熔覆层的微观组织是在γ—Ni和Ni3Ti＋Ni3B共晶的基体上均匀分布着TiB2、TiC、CrB等相的多元组织，激光熔覆层的硬度比Ti6Al4V基体硬度提高到3～4倍。

等离子喷涂-重熔NiCrBSi涂层的显微组织与耐磨性能

采用等离子喷涂和等离子重熔技术,在2Cr13基体表面制备2mm厚的自熔性NiCrBSi涂层.利用扫描电镜、X射线衍射仪和能谱仪研究涂层形貌、微观组织和微区成分的演变规律,采用拉伸和硬度试验测试涂层的结合强度和显微硬度,通过室温和高温摩擦磨损试验评价和比较涂层与基体的耐磨性能.结果表明,重熔前后涂层都是由γ-Ni固溶体以及Ni3B,CrB,Cr_2B,Cr_7C_3和Cr_(23)C_6等组成;重熔涂层由层状喷涂态转变为致密的铸造态,涂层组织和力学性能大大提高,结合强度和显微硬度分别高达200MPa和1010HV.重熔涂层的耐磨性显著优于2Cr13基体,其600℃时的磨损体积仅为基体的20%.

微束等离子喷涂NiCrBSi涂层

采用微束等离子喷涂方法在St37低碳钢上制备了NiCrBSi涂层。研究了基材温度、等离子气体流量、喷涂距离和电流强度等工艺参数对涂层组织结构和性能的影响。采用光学显微镜观察涂层的组织结构,用Perthometers M4P150测定涂层的表面粗糙度,以及用LECOTC316气体抽提仪检测涂层的氧含量。结果表明,在试验条件下,喷涂参数对涂层组织和性能产生较大的影响。随着电流和基材温度的增加涂层的粗糙度降低,涂层的氧含量随着基材温度和喷涂距离的增加而增加。大多数涂层的显微硬度大于600HV0.2。尽管粒子速度较低,涂层的平均结合强度仍然大于50MPa。

NiCrBSi系合金聚焦光束堆焊层的微观特征

采用聚焦光束热源在 45钢母材上获得了镍基合金粉末堆焊层 ,研究了堆焊层的物相组成及母材热影响区的微观组织特征。X射线衍射、SEM、EDS及显微硬度分析结果表明 ,Ni35堆焊层的显微组织由少量共晶基底上分布着大量初生的γ Ni枝晶组成。基底的绝大部分为M2 3 (C ,B) 6+γ Ni网状共晶 ,局部区域析出了γ Ni+Ni3 Si层片状共晶。母材表面半熔化区的形成使堆焊层与基材实现了熔化冶金结合 ,堆焊层金属逆热流方向与母材呈联生方式长大。母材热影响区的奥氏体在冷却过程中转变为类珠光体组织 ,随热影响区离熔合线距离的增加 。

等离子喷焊层NiCrBSi+WC/Co的组织与性能

利用等离子喷焊技术在H13模具钢表面制备NiCrBSi+20%WC/Co喷焊层。研究表明,基体与喷焊层之间存在明显的分界面,与传统焊接接头的微观组织类似,喷焊层中出现垂直于界面结合方向的柱状晶,这种组织形态在等离子喷涂涂层中从未观察到,说明喷焊层NiCrBSi+20%WC/Co与H13钢基体之间的结合为冶金结合。XRD分析表明,喷焊层中的主要相为γ-(Fe,Ni),Cr7BC4,Ni4B3,Cr7C3和Co7W6,并且由于这些相的存在,使得表面喷焊层比H13钢基体具有更高的强度和硬度。

NiCrBSi-Y_2O_3复合涂层的摩擦学行为与机理(英文)

运用等离子喷涂技术在45钢表面制备了NiCrBSi-Y2O3复合涂层,研究了其微观组织和摩擦学性能。结果表明：等离子喷涂NiCrBSi-Y2O3复合涂层主要由γ-Ni、CrB、Cr7C3和Y2O3等物相组成。在复合涂层中添加适量的Y2O3可增加CrB和Cr7C3等硬质相的含量,并提高复合涂层的致密度。当Y2O3含量（质量分数）为0.5%时,NiCrBSi-Y2O3复合涂层具有优异的摩擦学性能,其摩擦因数为0.175,仅为纯NiCrBSi涂层的37%;其磨损质量为1.2mg,比纯NiCrBSi涂层的降低了43%。当载荷为6~10N时,NiCrBSi-Y2O3复合涂层呈轻微磨损,其磨损机理主要为粘着磨损,并伴有轻微的微观切削和微观断裂磨损;当载荷达到12N时,复合涂层产生严重磨损,其磨损机制转变为粘着磨损和严重的微观切削磨损。

NiCrBSi/WC涂层及涂层开裂处抗蚀行为研究

制备了高速火焰喷涂NiCrBSi/WC涂层及其带有开裂缺陷的涂层,测试了这两种涂层的热腐蚀性能,观察了涂层腐蚀前后的组织形貌,并分析了涂层腐蚀后的相组成及元素含量。结果表明:完整的NiCrBSi/WC涂层具有良好的耐热腐蚀性能,带有开裂缺陷的涂层耐蚀性能显著下降,在电站运行至一个大修期时,开裂涂层的热腐蚀增重比完整涂层增加了307%,腐蚀速度比完整涂层增加了550%;NiCrBSi/WC涂层耐蚀性能良好的主要原因是涂层表面生成的致密Cr2O3薄膜阻止了腐蚀的进一步深入,开裂涂层耐蚀性能下降的主要原因是在开裂处生成了疏松的氧化铁。

微束等离子多层熔覆NiCrBSi的试验研究

为了在降低熔覆层裂纹敏感性的同时获得低稀释率熔覆层,用微束等离子弧热源在低碳钢圆管表面熔覆12层NiCrBSi,成形后利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对多层熔覆的熔覆层的微观组织、元素分布及相组成进行了分析.结果表明,采用微束等离子弧熔覆得到的多层熔覆主要由γ-Ni,Ni3B,Cr21.34Fe1.66C6和Cr2B3相组成,其中的强化相弥散分布;无气孔和裂纹,层与层间结合致密,分层未见明显;焊缝组织均匀,晶粒细小,稀释率低,热影响区很小.