铝合金表面添加稀土激光熔覆Ni基WC金属陶瓷涂层研究

添加适量稀土氧化物,采用自配的熔覆材料在ZL108表面激光熔覆制备了Ni基WC金属陶瓷复合涂层,对熔覆层进行了显微组织分析、显微硬度测量以及室温下的干滑动摩擦磨损试验。结果表明,铝合金上激光熔覆Ni基WC金属陶瓷增强熔覆层无裂纹,组织细小、致密,WC颗粒增强相与基体之间结合良好。室温下熔覆层的磨损主要为显微切削和粘着磨损,干摩擦磨损性能优良。

铝合金表面添加La_2O_3激光熔覆Ni基WC金属陶瓷涂层研究

添加适量La2O3,采用自配的熔覆材料在ZL108表面激光熔覆制备了Ni基WC金属陶瓷复合涂层,对熔覆层进行了显微组织和能谱分析、显微硬度测量以及室温下的干滑动摩擦磨损试验。结果表明,在铝合金表面激光熔覆处理时添加适量La2O3获得的Ni基WC金属陶瓷增强涂层无裂纹,组织细小,致密,WC颗粒增强相与基体之间结合良好。室温下熔覆层的磨损主要为显微切削和粘着磨损,干摩擦磨损性能优良。

添加CeO_2激光熔覆Ni基WC金属陶瓷涂层的高温干摩擦磨损性能

采用CO2横流激光器在21-4-N耐热钢表面熔覆添加0.5%CeO2的不同成分Ni基WC金属陶瓷复合层;对熔覆层进行了显微组织观察、显微硬度测量以及不同温度下的高温干摩擦磨损试验。结果表明,Ni21+25%WC+0.5%CeO2熔覆层组织均匀细小,高温下以粘着磨损和氧化磨损为主,干摩擦磨损性能优良。

激光熔覆微纳米WC颗粒增强镍基金属陶瓷涂层的裂纹研究

采用激光熔覆技术在45钢表面制备了微纳米WC颗粒增强镍基金属陶瓷涂层,研究了不同含量WC颗粒涂层的开裂行为。结果表明:当涂层中加入的WC含量分数不超过20%时,涂层具有较好的韧性,采用合适的激光熔覆工艺可以制备出无裂纹的Ni基金属陶瓷涂层。当涂层中WC质量超过30%时,涂层脆性增加,且其开裂敏感性随WC含量的增加而增加。涂层内的裂纹主要有萌生于涂层表层的粗大裂纹及萌生于气孔的内部微裂纹等。涂层中的微裂纹扩展机制主要为颗粒与基体间的界面脱粘以及基体金属的韧性开裂。涂层中未出现微米级颗粒增强金属陶瓷常见的颗粒开裂现象。

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。

以WC代替Mo_(2)C的涂层金属陶瓷刀片设计研究

WC和Mo_(2)C都能改善润湿性,但Mo_(2)C价格较为昂贵,WC较为便宜,因此本研究采用WC替代Mo_(2)C进行金属陶瓷设计。试验结果表明,金属陶瓷基体的硬度会下降,但是下降幅度不大,抗弯强度先变大后变小,在用12wt.%WC替代Mo_(2)C时基体抗弯强度最大,主要原因是晶粒细化提高了基体抗弯强度;当WC替代Mo_(2)C过量时,多余的WC不能与TiC形成固溶体,部分WC以多角状留存于组织,容易引起应力集中,进而导致抗弯强度下降。当WC含量较低时,不能抑制Ti(C,N)晶粒长大,因而晶粒会变得粗大,涂层厚度也变大;当WC含量较高时,能使晶粒细化,涂层厚度变小,涂层和基体会产生部分元素扩散。临界载荷与涂层厚度有关,在WC含量为0~18wt.%时,临界载荷与涂层厚度正相关。涂层厚度与WC的含量以及基体的晶粒尺寸有关,因此临界载荷应与WC的含量以及基体的晶粒尺寸有关。根据试验结论初步分析,在金属陶瓷基体中,用12wt.%的WC替代Mo_(2)C时力学性能最好;在涂层与基体结合试验中,用6wt.%的WC替代Mo_(2)C时基体与涂层的结合情况较好。

激光熔覆Ni基WC涂层内铸造WC颗粒溶解特征的研究

采用激光熔覆的方法在Q235钢表面制备了WC颗粒强化的Ni基涂层,研究了铸造WC颗粒在涂层内的溶解特征。结果表明:铸造WC颗粒在涂层底部几乎完全溶解并与扩散进入的Fe发生共晶反应形成粗大的鱼骨状形貌特征M6C型碳化物;在涂层中部,铸造WC颗粒完全溶解并析出M7C3,M12C与M23C6型碳化物;在涂层边部,大部分铸造WC颗粒发生部分溶解形成3-5μm的M6C合金化反应层,保持了原有多角状结构与高硬度特征。

稀土对真空熔覆Ni基/WC涂层组织结构的影响

以往对稀土Ce+La影响真空熔覆Ni基/WC涂层的探讨较少。采用真空熔覆的方法在45钢上获得添加有稀土的Ni基/WC复合涂层,借助X射线衍射、SEM及EDX研究了涂层的显微组织、化学成分和相结构。结果表明:稀土的加入改善了真空熔覆Ni基/WC复合涂层的组织,消除了针状相,使组织更加均匀致密;稀土还降低了Ni基/WC涂层各组成相中Fe元素的含量,减缓了Fe原子对Ni基合金涂层的“稀释”作用;稀土还使真空熔覆Ni基/WC涂层的(Ni,Fe)固溶体基体部分转变成了(Ni,Cr,Fe)固溶体基体,并析出了新的第二相NiB。

VC抑制剂对激光熔覆原位生成WC增强Ni基涂层的影响

在H13钢表面通过激光熔覆原位生成不同VC含量的WC增强Ni基涂层,研究VC抑制剂对WC晶粒的细化作用及其对涂层硬度和耐磨性的影响。分别采用XRD、SEM、EDS分析涂层物相、形貌及成分分布。采用显微硬度计测定涂层硬度,摩擦磨损实验机测试涂层耐磨性。结果表明,VC具有明显的抑制WC晶粒长大的作用,且当VC含量为10%时,抑制效果最佳;不同VC含量的涂层硬度均高于无VC的涂层,当VC含量为15%时涂层具有最高的硬度;10%VC+(W+C)+Ni60涂层、(W+C)+Ni60涂层和Ni60涂层的耐磨性依次下降。VC能够使原位生成WC晶粒的析出机制受到阻碍,导致晶粒细化;加入的VC也可能沉积在WC晶粒上,阻止其进一步长大。适量的VC可对WC增强相的长大起到明显的抑制效果,并改善涂层的硬度和耐磨性。

功率对激光熔覆Ni基WC涂层组织与硬度的影响

使用YLS-6000-BR用于钎焊的三光点光纤激光器对合金42CrMo表面的Ni基WC涂层进行测验,判断激光功率对于合金42CrMo表面的Ni基WC涂层性能、组织结构影响。伴随YLS-6000-BR设备运作功率的增加,合金42CrMo表面的Ni基WC涂层组织表现出粗化发展趋势,在功率持续增加的过程中,Ni基WC涂层的颗粒发生分解,出现Fe-C化合物,Ni基WC涂层的硬度也持续减小,YLS-6000-BR激光功率调整至1800W,涂层硬度最大值为1050HV,而伴随功率增加,其硬度逐渐衰减,表示Ni基WC涂层虽然能够显著增加合金材料的物理性能,但是激光对于Ni基WC涂层性能、组织有影响,实际造成损伤和功率大小有关。

铜合金表面激光熔覆Ni/WC增强Co基涂层组织研究

采用Nd:YAG激光加工系统,在Cu合金上预置粉末激光熔覆了Ni/WC增强Co基复合涂层。利用X射线衍射、扫描电镜和能谱仪等研究了激光熔覆复合涂层组织、增强体颗粒/Co基合金界面结构和WC溶解行为。结果表明,在Cu合金表面以Ni基合金打底过渡,Ni/WC增强Co基复合层、中间过渡层及铜合金基体形成良好冶金结合。随Ni/WC含量的增加,复合涂层中颗粒相明显增加。涂层中WC基本保持原有多角形态,由于Co基合金熔体的浸润,WC被合金化层包裹。当WC含量增加至40wt%,复合涂层中形成了气孔和裂纹,部分WC分解形成Co3W3C,使熔覆层应力增大而出现裂纹。

激光熔覆WC增强Ni基复合涂层的研究进展

激光熔覆是一种新型表面改性技术,具有能量密度高、稀释率可控、涂层与基体呈现良好的冶金结合等优点,且快热快冷的特性有利于在基材表面形成具有细小致密组织的涂层,从而获得耐磨耐蚀等优异性能。WC增强Ni基复合涂层因兼具陶瓷材料优异的耐高温、耐磨性和金属材料良好的强韧性,近些年成为激光熔覆研究领域的热点。综述了激光熔覆WC增强Ni基复合涂层的研究进展。概述了WC在复合涂层中的作用,包括WC的强化机制及其对复合涂层摩擦磨损性能及磨损机制的影响。在此基础上,从Ni基合金成分、WC增强相的添加量、尺寸、种类以及稀土元素的影响等方面,论述了激光熔覆WC增强Ni基复合涂层的材料体系,重点讨论了WC在复合涂层中的分布规律和存在形式。同时综述了激光功率、扫描速度、基体预处理等熔覆工艺参数,以及超声振动辅助、感应加热等新型激光熔覆技术,对复合涂层成形质量、微观组织、物相组成及性能的影响。最后对现阶段激光熔覆WC增强Ni基复合涂层研究中存在的问题及未来发展方向进行了展望。

Ni_x(Ti_(0.6),W_(0.4))_4C系η相的Ni含量对碳化合成(Ti_(0.6),W_(0.4))C-18Ni金属陶瓷组织与性能的影响

先采用高能活化–预烧结法合成TiC基金属陶瓷(Ti_(0.6),W_(0.4)_)_4C-xNi(x为质量分数,%。x=6,8,12,18)系η相粉末,然后再补碳烧结制备(Ti_(0.6),W_(0.4)_)C-18Ni金属陶瓷。分析不同Ni含量的η相粉末的形貌与物相组成,并进一步研究η相粉末的Ni含量对(Ti_(0.6),W_(0.4)_)C-18Ni金属陶瓷组织与力学性能的影响。结果表明,随(Ti_(0.6),W_(0.4)_)4C-x Ni粉末的Ni含量增加,η相逐渐由Ni_2W_4C向Ni_6W_6C转变;(Ti_(0.6),W_(0.4)_)4C-x Ni粉末的Ni含量增加有利于烧结过程中WC的析出,当x=12%时,析出颗粒状WC相,当Ni含量增加至18%时,颗粒状WC相转变为板条状,板条状WC相的析出可更有效地提高(Ti_(0.6),W_(0.4)_)4C-xNi金属陶瓷的抗弯强度和韧性。(Ti_(0.6),W_(0.4)_)C-18Ni金属陶瓷的抗弯强度和断裂韧性都随η相粉末的Ni含量增加而提高,当x=18%时,抗弯强度和断裂韧性分别为1 730MPa和15.8 MPa·m1/2。

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。

WC与TiC复合增强镍基涂层的组织和性能

利用等离子熔覆技术制备Ni基涂层,用直接加入的WC和原位合成的TiC复合增强,分析原料体系中(Ti+C)和WC的含量变化对涂层物相组成、微观组织、显微硬度和滑动摩擦磨损性能的影响。结果表明:WC在熔池中溶解,分解出W和C,W扩散进入原位生成的TiC中,形成(Ti,W)C固溶体,W的扩散不充分使(Ti,W)C呈现核壳结构。随原料中(Ti+C)含量的增多(0~20%)和WC相应含量的减少(40%~20%),WC溶解程度增大,(Ti,W)C颗粒形貌由八面体转变为椭圆形;(Ti,W)C生成量的增多使涂层上部硬度提高,WC聚集沉底现象的减弱使涂层下部硬度下降,与基材Q235之间形成较平稳的硬度梯度。涂层耐磨损性能显著优于基材,当(Ti+C)和WC的含量分别为10%和30%时,涂层的磨损体积为基材的8.33%。

La_2O_3对激光熔覆TiC/Ni基复合涂层的影响

利用CO2横流激光器在低碳钢基体表面熔覆含稀土氧化物La2O3的镍基TiC金属陶瓷复合层,研究了不同含量的La2O3对激光熔覆镍基金属陶瓷复合层组织及性能的影响。结果表明,加入适量的稀土氧化物La2O3可有效改善激光熔覆复合层的显微组织,减少复合层中的裂纹、孔洞、夹杂;加速复合层中TiC颗粒的溶解和改善TiC颗粒的形状变化,同时,熔覆复合层的耐磨性和耐蚀性明显提高。

超音速喷涂复合WC基金属陶瓷涂层的性能

采用超音速火焰喷涂技术和等离子喷涂技术在活塞杆用316L不锈钢基体上制备了WC-12Co(WC)/NiCr双重涂层,并制备传统等离子喷涂Al_(2)O_(3)-13TiO_(2)(AT13)涂层作为对照。通过扫描电镜、X射线衍射仪、显微维氏硬度计、摩擦磨损试验机、电化学工作站等设备对涂层的性能进行了研究和对比。结果表明,各涂层界面界限清晰,结合性良好,WC涂层的显微硬度为1363 HV0.3,是AT13涂层的1.8倍。在60 min往复摩擦磨损试验条件下,AT13涂层的体积磨损率为WC涂层的4.42倍,WC涂层磨损机制主要表现为磨粒磨损。在3.5%NaCl溶液中,WC涂层和AT13涂层的自腐蚀电位均低于316L不锈钢基体,避免了电偶效应对基体的优先腐蚀,并且AT13涂层的自腐蚀电流密度最大,其次是316L不锈钢基体,WC涂层的自腐蚀电流密度最小,仅为基体的0.57倍。

火焰喷焊Ni基涂层微观结构及耐摩擦磨损性能的研究

以53~150μm的Ni60A、Ni60CuMo、Ni60WC10粉末为原料,采用Castolin SuperJet—S喷焊系统制备各涂层。应用金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和摩擦磨损设备分析涂层的微观结构和耐摩擦磨损性能。结果表明,Ni60A、Ni60CuMo、Ni60WC10涂层硬度均较高(HRC>57.0),涂层孔隙率低(<1.0%),涂层与基体呈冶金结合;各涂层以Ni基固溶体衍射峰为主,Ni60WC10层中出现明显的WC衍射峰;Ni60WC10涂层的耐磨擦磨损性能较Ni60A涂层提高了约2.5倍,较Ni60CuMo涂层提高了约3.5倍。

WC的添加对涂层Ti(C,N)基金属陶瓷微观结构及性能的影响

本文制备了不同WC含量的涂层Ti(C,N)基金属陶瓷,对金属陶瓷基体与涂层组织及性能进行了研究,并进行切削实验。结果表明,随着WC的增加,涂层的硬度、弹性模量、硬模比(H/E)以及结合力都是先增加后减少,当添加量为15%时涂层金属陶瓷的机械性能最优;随着WC的增加,涂层金属陶瓷刀具的后刀面磨损量先增加后减少,且其中添加15%的WC的涂层金属陶瓷刀片耐磨性能最佳,这与涂层的硬模比和结合力有关;涂层金属陶瓷切削刀具的主要磨损机理是涂层剥落、磨粒磨损、粘着磨损以及氧化磨损。

H13钢镍基25WC激光熔覆层组织与性能研究

利用GS-HL-5000华中数控+激光扫描仪器在H13热作模具钢表面制备了Ni60+25%WC(以质量分数计)合金涂层,并制备了Ni60+35%WC涂层作为对比。采用金相显微镜及扫描电子显微镜对熔覆层的微观组织进行了观察。利用HVS1000数显显微硬度仪测试了熔覆层的显微硬度。熔覆层显微硬度明显高于H13钢基体的硬度。利用自制抗泥沙磨损试验机,采用双试样换位法,测试了熔覆层的耐磨性能,H13钢镍基25WC激光熔覆层的耐磨性能优于45钢。在一定程度上,说明激光熔覆在改善表面组织及性能方面具有有效作用。