Microstructure,microhardness and corrosion resistance of laser cladding Ni−WC coating on AlSi5Cu1Mg alloy

The microstructure,microhardness,and corrosion resistance of laser cladding Ni−WC coating on the surface of AlSi5Cu1Mg alloy were investigated by scanning electron microscopy,X-ray diffraction,microhardness testing,immersion corrosion testing,and electrochemical measurement.The results show that a smooth coating containing NiAl,Ni_(3)Al,M_(7)C_(3),M_(23)C_(6)phases(M=Ni,Al,Cr,W,Fe)and WC particles is prepared by laser cladding.Under a laser scanning speed of 120 mm/min,the microhardness of the cladding coating is 9−11 times that of AlSi5Cu1Mg,due to the synergistic effect of excellent metallurgical bond and newly formed carbides.The Ni−WC coating shows higher corrosion potential(−318.09 mV)and lower corrosion current density(12.33μA/cm^(2))compared with the matrix.The crack-free,dense cladding coating obviously inhibits the penetration of Cl^(−)and H^(+),leading to the remarkedly improved corrosion resistance of cladding coating.

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。

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。

Ni-WS_(2)/MoS_(2)包覆WC-12Ni粉体对HVOF涂层摩擦磨损性能的影响

以化学共沉积Ni-WS_(2)/MoS_(2)包覆WC-12Ni粉体为原料,在17-4PH不锈钢基体上制备了超音速火焰喷涂(HVOF)涂层。采用场发射扫描电子显微镜对涂层组织结构进行表征,分别通过测定涂层的显微硬度、摩擦系数和磨损率,并结合粉体特征及涂层的孔隙结构分析来评价涂层摩擦学性能。实验结果表明,通过化学共沉积包覆喷涂粉体引入固体润滑剂,不仅能保证喷涂粉体的流动性,还能实现较均匀固体润滑剂掺杂,显著降低涂层孔隙率、提高致密化程度,获得低摩擦系数、低磨损率以及提高的涂层硬度和耐磨性。其中,由于WS_(2)与WC硬质合金有更好的成分相容性,WC-Ni-WS_(2)涂层的减摩耐磨性能要优于WC-Ni-MoS_(2)涂层。

WC粒度、配碳量对WC-9%Ni硬质合金组织与性能的影响

采用Ni作为黏结相,通过粉末冶金工艺制备WC-9%Ni(质量分数)硬质合金,通过光学显微镜、硬度仪、X衍射分析仪等仪器,研究WC粒度、配碳量对WC-9%Ni硬质合金组织与性能的影响。结果表明:合金晶粒度受配碳量的影响较小,随WC粒度增大而增大;合金硬度随配碳量增加而降低,随WC粒度增大而降低。费氏粒度1.78μm的WC与费氏粒度2.4μm的WC制备的合金洛氏硬度最高分别为88.6HRA、87.5HRA,维氏硬度HV30最高分别为11.9、11.0 GPa。合金矫顽磁力与比饱和磁化强度极低,合金断裂韧性随配碳量的增加而降低,随WC粒度增加而增加,抗弯强度受配碳量影响较小,随WC粒度增加而降低。

(V,Cr,W)C复合粉末对WC-11Ni硬质合金微观组织及力学性能的影响

以Cr_(2)O_(3)、WO_(3)、V_(2)O_(5)和炭黑为原料,采用碳热还原法在1500℃下反应2 h制备了(V,Cr,W)C复合粉末。采用XRD和SEM对(V,Cr,W)C复合粉末的相成分和显微组织进行了表征,研究了复合粉末的添加方式及含量对WC-11Ni硬质合金组织及力学性能的影响。结果表明,添加(V,Cr,W)C复合粉末的合金力学性能获得了显著提升,其抗弯强度、维氏硬度以及断裂韧性比未添加复合粉末的试样分别提高了19.97%、19.61%、12.18%。同时,添加(V,Cr,W)C复合粉末的合金性能优于添加(V,Cr)C复合粉末和添加WC+Cr_(3)C_(2)混合粉末的合金试样。另外,随着(V,Cr,W)C复合粉末添加量的增加,合金的抗弯强度、维氏硬度及断裂韧性均呈先增大后减小的变化趋势;当(V,Cr,W)C复合粉末的添加量为0.6%时,合金的抗弯强度、维氏硬度和断裂韧性达到最大值,分别为2835 MPa、1671 MPa、15.1 MPa·m^(1/2)。

WC-10Co4Cr含量对Ni基涂层磨损和腐蚀性能的影响

通过超音速火焰喷涂(AC-HVAF)在稀土镁合金表面制备WC-10Co-4Cr与Ni粉质量比为0∶10、1.5∶8.5、3∶7、4.5∶5.5的WC-Co-Cr-Ni涂层。分析了涂层的组织结构,研究了摩擦载荷、磨损速率对磨损性能的影响及涂层在盐溶液中的抗腐蚀性能。结果表明:4种涂层的组织均匀致密,当加入WC时形成了明显的层状结构。WC的质量分数为15%时涂层内部的缺陷稍有增加。WC含量增加时,涂层内部的缺陷减少,层状结构更明显。WC的质量分数为45%时,耐磨性最佳。WC的质量分数为15%的涂层磨损量较大。涂层在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的微量缺陷影响其耐蚀性。WC质量分数为45%的涂层在腐蚀过程中表面易形成氧化物钝化膜,可提高涂层耐蚀性。

WC含量对激光熔覆Ni基WC复合涂层组织和性能的影响

利用6 kW光纤激光器在Q235钢表面激光熔覆Ni基WC复合涂层。使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、显微硬度计和磨损试验机,研究了不同WC颗粒含量下熔覆层组织形态、成分、显微硬度和磨损性能的变化规律。结果表明:熔覆层的稀释率随着WC含量的增加先减小后增加,当WC含量为20%时,稀释率最小。在光纤激光熔覆Ni基WC复合涂层的过程中,WC颗粒部分发生溶解并与其他元素相互作用形成共晶物,析出后分别以条状、块状和粒状等形态存在,随着WC含量的增加,熔覆层的组织出现细化现象。含WC的熔覆层组织中主要有γ-Ni、M_7C_3、M_(23)C_6、CrB、WC和W_2C等相存在。随着WC含量增加,熔覆层硬度增加,当WC质量分数达到40%时,熔覆层硬度可达到基体硬度的5倍以上。当WC的相对质量分数为20%时,熔覆层耐磨性能最好,耐磨性为Ni60A涂层的3倍以上。

复合电镀法制备Ni-WC纳米涂层的组织与性能研究

为了制得高硬度、高耐腐蚀的纳米复合涂层,采用复合电镀法在18-8不锈钢基体上制备了Ni-WC纳米镀层,并对镀层的表面形貌、显微硬度及耐蚀性进行了观察和检测。试验结果表明:复合镀层表面均匀,其显微硬度较不锈钢和纯镍镀层都有显著提高,耐蚀性约为不锈钢的4倍,却比纯镍镀层略低。

激光熔覆WC颗粒增强Ni基合金涂层的组织与性能

利用15 kW横流连续输出CO2激光器在CCS?B钢板上熔覆WC颗粒增强Ni基合金涂层,研究了不同WC颗粒含量下熔覆层组织形态和显微硬度的变化规律。结果表明,在激光熔覆Ni基合金与WC颗粒混合粉末的过程中,WC颗粒发生溶解并与周围元素相互作用形成低熔点共晶,析出后分别以树枝状、块状与粒状等形态存在;随着WC含量增加,熔覆层上部区域γ?Ni枝晶先粗化后变细,熔覆层下部区域枝晶组织持续增多且粗化。随WC含量增加,熔覆层平均硬度增加,WC质量分数为0%时,熔覆层平均硬度约为基体的3倍,当WC质量分数增加到30%时,熔覆层平均硬度可达到基体硬度的4倍。

(Ni-Co)-WC复合电极的析氢催化性能

采用 复合电沉 积方法获 得了（ Ｎｉ Ｃｏ） Ｗ Ｃ 复合电极 ，考 察了 复合 电极 在弱 酸性、碱性 和中性介质 中的析 氢电催化 性能，并 在弱酸性 介质中 进行了电 化学稳定 性实验 ． 结果 表明，复 合电极具有优越 的析氢 电催化性 能和良好 的电化 学稳定性 ．

高频感应熔覆WC增强Ni60合金涂层性能研究

采用高频感应熔覆方法在Q235低碳钢基体上制备了不同含量的WC增强Ni60A合金复合涂层。利用SEM和XRD分析了涂层的显微组织和相结构，并进行了耐磨性试验。结果表明，复合涂层中主要由WC、W2C、Cr7C3、Cr23C6、Cr2B、Ni2B、Ni3Si及Ni3Fe等相组成，并与基体实现了冶金结合。在相同试验条件下，涂层的硬度和耐磨性随WC含量的增加而提高，加入WC涂层的相对耐磨性为Ni60A涂层的2～6倍，当WC加入量为50％时涂层的耐磨性最好，为Ni60A涂层的6．5倍。涂层的磨损机制主要为轻微的塑性切削和硬质相的脆性剥落。

激光熔覆WC-Ni/TiC涂层的组织和摩擦磨损性能研究

采用7kW横流CO2激光器，在H13钢表面激光熔覆制备了WC-Ni/TiC涂层。测量了熔覆层的显微硬度，用扫描电镜（SEM）观测熔覆层的显微结构以及磨损形貌并进行分析，对涂层的摩擦磨损性能进行研究。结果表明：纳米TiC通过弥散强化和细晶强化，提高了涂层的硬度和韧性，TiC含量为30%（质量分数）时涂层的平均硬度为HV1500。涂层耐磨性能是基体的8-15倍。

超重力辅助燃烧合成熔渗梯度Ni-(WC-Ni)硬质合金复合材料

以超重力辅助燃烧合成熔渗工艺制备了具有梯度特征的WC-Ni硬质合金材料。该工艺以铝热反应为基础,施加辅助超重力场,制备出具有梯度特征的硬质合金材料。该材料具有双层梯度结构:沿重力场方向依次为Ni金属层和WC-Ni硬质合金层。其中Ni金属层的硬度值为72HRA;硬质合金层的硬度值最高为87HRA。Ni熔体在熔渗过程中的搅动使WC在Ni金属层出现弥散分布并导致硬质合金层WC的长大。熔体由底层开始向顶层逐渐凝固的特点使该梯度材料抗弯强度降低。

2738模具钢表面激光熔覆Ni基WC复合涂层的摩擦磨损性能

在2738模具钢表面通过CO2激光熔覆制备Ni基WC复合涂层。分别对2738钢基体和Ni-WC激光熔覆层进行干摩擦试验。用三维表面形貌仪测量磨损体积,用扫描电镜观察磨痕的表面形貌。试验结果表明,Ni-WC复合涂层试样的硬度显著提高,表面硬度超过1200HV,保证了Ni-WC熔覆层的耐磨性。熔覆层的平均摩擦因数约为0.24,与2738钢基体的摩擦因数0.43相比,降低了约44%。熔覆试样的比磨损率比基体试样的比磨损率下降了96.7%,WC硬质相提高了摩擦副表面的承载能力。磨粒磨损为Ni-WC复合涂层的主要磨损机理。

感应重熔Ni60/WC涂层的界面组织与耐磨性研究

用冷涂工艺在45钢表面制备了Ni基WC覆层,并采用高频感应加热的方法获得重熔涂层。用金相显微镜、扫描电镜和X射线能谱仪分析涂层的成分、显微组织和界面特征,分析了不同重熔温度对涂层组织和硬度分布的影响。进行了磨损试验,比较Ni基WC涂层与Ni60、T10钢的磨损性能。结果表明,冷涂结合高频感应重熔可以获得WC颗粒弥散分布的致密的Ni基涂层,涂层与钢基体间由于原子扩散形成一条冶金结合的白亮带;涂层的磨损机理是磨粒磨损和微犁削,Ni基WC涂层的磨损性能优于Ni60涂层,远高于淬火T10钢。

激光功率对激光熔覆Ni包WC涂层组织与性能的影响

采用IPG YLS-6000型大功率光纤激光器在42CrMo合金表面制备Ni包WC涂层,研究激光功率对涂层组织及性能的影响。研究表明:随着激光功率的增大,涂层组织呈粗化趋势;且在激光功率的增大过程中,涂层中WC颗粒逐渐分解为Fe-C化合物,硬度逐渐减小;当激光功率为1 800W时,显微硬度达到最大值1 050HV;Ni包WC涂层显著提高了基材的耐磨性,在同等磨损条件下,涂层的磨损量仅为基体试件的1/5,但激光功率对涂层磨损量的影响不大。