超声对激光熔覆WC颗粒强化涂层耐磨防腐性能的影响(特邀)

面向海洋、矿山等领域机械部件表面耐磨防蚀涂层制备需求,针对陶瓷颗粒强化涂层高耐磨性能与高耐腐蚀性能难以兼容的问题,搭建了超声辅助激光熔覆试验平台,制备了有无超声作用下的碳化钨(WC)颗粒强化涂层。研究了超声对复合涂层微观组织形貌、元素分布、WC表面合金层厚度的影响规律,并进一步开展了有无超声试样硬度、摩擦磨损与耐蚀性能测试。结果表明:超声振动能够细化晶粒,平均晶粒尺寸从101.0μm降至59.6μm,抑制偏析,促使WC表面合金层溶解与熔覆层元素的均匀分布;超声作用下,试样平均显微硬度由310 HV0.1提升至425 HV0.1,同时超声作用下WC颗粒周围硬度分布更加均匀;有无超声作用下试样失重量分别为6.5 mg和8.8 mg,试样磨损率分别为0.032 3 mg/m和0.043 8 mg/m,试样磨损率降低了26.2%;超声作用下试样腐蚀电流密度由5.20μA/cm2降低为2.13μA/cm2,同时电化学阻抗谱表明超声作用下试样表面具有更大的电容阻抗环、阻抗模量与相角值。

不同含量WC颗粒增强激光熔覆截齿涂层性能研究

目的解决截齿磨损失效问题,研究不同WC颗粒含量对42CrMo截齿激光熔覆Co基/WC复合涂层表面形貌及裂纹率、显微硬度、耐磨/耐腐蚀性能的影响机制。方法通过在42CrMo截齿基体上制备Co基/WC复合涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦磨损试验仪及电化学工作站测试不同WC颗粒含量对熔覆层性能的影响。结果Co基/WC复合涂层表面较为平整,当WC颗粒质量分数大于30%时,熔覆层表面开始出现交错裂纹;当WC质量分数为80%时,裂纹率增加35%。Co基/WC复合涂层的显微硬度皆高于42CrMo基体(378HV0.2),随着WC颗粒含量的增加,熔覆层平均显微硬度从448HV0.2提升到890HV0.2。Co基/WC复合涂层的摩擦系数、磨损量均小于42CrMo基体,WC颗粒质量分数增加到80%时,熔覆层平均摩擦系数为0.270,为基体(0.567)的50%,磨损量仅为1.0 mg,相比于42CrMo基体(18.6 mg)降低了约95%,低WC颗粒含量以黏着磨损为主,高WC含量以磨粒磨损为主。熔覆层耐腐蚀性能随WC含量的增加先增大、后减小,WC质量分数为30%时,熔覆层的耐腐蚀性能最好,具有最小的电流密度(1.465×10^(–7)A/cm^(2)),相比基体电流密度(8.031×10^(–6)A/cm^(2))降低了98%。结论WC颗粒含量对Co基/WC复合熔覆层的裂纹敏感性有显著影响,WC颗粒的细晶、弥散及固溶强化使熔覆层的显微硬度、耐磨/耐腐蚀性能得到明显改善。

WC颗粒对激光熔覆FeCoCrNiCu高熵合金涂层组织与硬度的影响

采用CO2横流激光器制备添加WC颗粒的FeCoCrNiCu高熵合金涂层,研究WC含量对涂层的组织结构及硬度的影响。结果表明:不同WC含量的高熵合金涂层均由简单的面心立方结构(FCC)和体心立方结构(BCC)两相组成。随着WC含量的提高,涂层中FCC相含量不断减少,BCC相含量不断增加。WC颗粒在激光熔覆过程中发生溶解并完全溶入FCC相和BCC相中,并未引起复杂碳化物相的生成。不同WC含量的涂层均为树枝晶组织。激光熔覆过程中的快速凝固条件有利于抑制枝晶和枝晶间的成分偏聚。WC含量的提高使枝晶细化,硬度提高。

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。

激光重熔等离子喷涂WC颗粒增强镍基涂层组织及高温磨损性能

为了提高等离子喷涂WC颗粒增强镍基涂层的性能,采用激光重熔工艺对涂层进行处理,研究了激光重熔对涂层微观组织和性能的影响.用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计分析了涂层表面形貌、微观结构、相组成和显微硬度,同时对涂层的高温摩擦磨损特性进行了考察.结果表明,激光重熔消除了等离子喷涂层的层片状结构、孔隙等缺陷,涂层致密度提高;另外在激光高能量密度作用下,WC颗粒部分熔化,并在周围析出枝晶结构.激光重熔处理后涂层的显微硬度明显提高,其磨损性能也显著高于原等离子喷涂层.

WC颗粒对激光熔覆FeCoCrNiB高熵合金涂层组织结构与耐磨性的影响

采用CO2横流激光器制备添加WC颗粒的FeCoNiCrB高熵合金涂层,研究WC颗粒对涂层组织结构和耐磨性能的影响。结果表明:未加WC时,涂层由条状M3B相和基体fcc相两相组成。当WC含量为5%时,涂层中出现M3C相,涂层由M3B相、fcc相和M3C组成。当WC含量为10%时,涂层组织发生较大变化,变为枝晶组织,其中枝晶对应M23(C,B)6相,枝晶间由网状M7(C,B)3相和fcc相组成。WC含量为20%时,涂层仍为枝晶组织,枝晶对应M23(C,B)6相,枝晶间中网状组织消失,枝晶间为fcc相。随着WC含量的增加,涂层的硬度和耐磨性能提高。

WC颗粒增强钢基表面复合材料的高温摩擦磨损性能

为了对高温磨损工况下表面复合材料的设计提供理论依据,采用高温摩擦磨损试验机对通过真空实型铸渗法制备的WC/钢基表面复合材料的高温磨损性能进行了研究。通过对不同温度下摩擦磨损数据进行分析,结果表明,在温度较低(0～200℃)时,摩擦副具有较大的摩擦系数,随着温度的升高,摩擦系数先降低后增大,而表面复合材料的磨损率随着温度的升高呈先略有降低后升高再降低的趋势。WC颗粒增强钢基表面复合材料在200℃时磨损表现为粘着磨损和疲劳磨损;而在300℃、500℃和600℃时表现为氧化磨损和疲劳磨损,其磨损过程为氧化与剥落交替进行的动态磨损过程。

WC颗粒增强高铬铸铁基表面复合材料喷射口衬板的研制

采用负压铸渗法成功制备出WC颗粒增强高铬铸铁基表面复合材料喷射口衬板。考察了复合材料的三体磨料磨损性能及实际工况服役效果。结果表明 :颗粒的体积分数可达 5 2 % ,界面致密 ,组织中无夹渣、裂纹等缺陷。复合材料的耐三体磨料磨损性能是高铬铸铁的 5 .1倍 ,衬板的使用寿命是原来的 3.

WC颗粒增强耐磨材料的研究现状

综述了WC颗粒种类、WC颗粒粒度、百分含量等对WC颗粒增强复合材料耐磨性能的影响研究现状以及常用的WC颗粒增强材料的制备技术。

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。

等离子喷涂WC颗粒增强Ni基涂层组织及抗冲蚀性能

采用等离子喷涂工艺制备WC颗粒增强Ni基涂层,分析了涂层的显微组织,并对其抗冲蚀磨损性能进行了测试。结果表明,涂层呈层片状结构,有一定孔隙,WC颗粒在涂层中分布均匀,且与母相结合良好。随着冲蚀角度的增大,涂层冲蚀磨损质量损失先增大后减小,表现为塑性-脆性复合冲蚀磨损特征。

纳米WC颗粒增强高铬铁基粉末冶金材料的制备

通过高能球磨结合热压烧结技术制备由纳米WC颗粒增强的高性能粉末冶金高铬铁基复合材料。采用XRD、DSC、SEM等测试方法分析球磨粉末颗粒的成分及形貌,研究不同热压烧结温度对高铬铁基复合材料的密度、显微组织和硬度的影响。结果表明:经40 h球磨后的粉末颗粒大小均匀且呈近等轴状,直径约为5μm;当热压烧结温度高于1 000℃时,可以原位合成得到M7C3型碳化物;烧结样品的密度和硬度随烧结温度的升高呈先增后减的变化趋势;球磨40 h的粉末在50 MPa的压力下、1 000℃烧结30 min后,致密度达到99.6%,硬度和抗弯强度则分别达47.7 HRC和1952 MPa。

WC颗粒增强镍基喷焊涂层的显微组织与耐磨性

采用氧乙炔火焰喷焊技术,在正火态45钢基体表面用镍包WC粉制备WC颗粒增强镍基喷焊涂层,采用SEM、XRD分析了涂层的显微组织和物相组成,讨论了WC含量对镍基喷焊涂层硬度、耐磨性的影响。结果表明:WC增强镍基喷焊涂层组织细小,喷焊涂层与基体形成了良好的冶金结合;喷焊涂层的硬度和耐磨性能随着WC含量增加均先升后降,当WC颗粒质量分数为35%左右时性能最佳,硬度达到1 250 HV,磨损量为0.06 g。

WC颗粒增强铜基合金覆层用钎料的研究

研制了一种新型钢用WC颗粒增强铜基合金覆层用的CuMnNiCr多元铜基钎料,对该钎料的熔化特性、钎料组织、钎焊工艺及力学性能进行了研究,并通过优化的钎焊表面合金化工艺,在普通铸钢件表层制得了WC颗粒增强铜基合金耐磨覆层．研究结果表明,与普通的CuZnNi、CuMnNi合金钎料及NiCrBSi高温自熔合金钎料比较,CuMnNiCr多元合金钎料由于多种强化机制而具有优良的综合力学性能．此外,该钎料还具有优异的钎焊冶金特性、致密的冶金结合界面以及较高的界面结合强度．使用该钎料制备的复合覆层具有良好的综合性能．SEM,EDS及XRD分析表明:该复合覆层与钢母体结合牢固;覆层内合金基体与WC颗粒形成了冶金结合,WC的体积分数可达54%,复合覆层组织由α-Cu固溶体基体、α-Cr与MnNi弥散硬化相及WC硬质相组成．磨损实验证明,该覆层的耐磨性远优于30MnSiTi马氏体低合金钢．

原位合成WC颗粒与钨丝混杂增强铁基复合材料

通过对钨丝和灰口铸铁熔体组成的体系施加一定的电磁场,促使钨丝与熔体中的碳原子进行反应,原位生成WC颗粒。利用SEM、EDS和XRD对复合材料的显微组织进行研究。结果表明:在电磁场频率为4kHz,电流为15A时,原位合成的WC颗粒均匀地分散在钨丝周围,WC颗粒与未反应的钨丝共同组成混杂增强铁基复合材料。两体磨损试验结果表明:与对比试样相比,混杂增强铁基复合材料的耐磨性提高约2.5倍,这可归因于原位合成的WC颗粒硬度较高且弥散分布在基体中。

后送粉角度对等离子喷焊WC颗粒增强Ni基涂层组织的影响

采用等离子喷焊技术,利用后送粉装置从不同角度在45钢表面制作WC颗粒增强镍基合金复合涂层,借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS)分别对涂层组织结构及成分进行分析。结果表明:焊枪倾斜30°角送粉时,WC颗粒均匀的分布于涂层基体上,WC周围有明显的棒状组织,涂层表面物相主要由WC,W2C,Fe7C3,Cr7C3和γ-(Fe,Ni)固溶体等组成,由基体到涂层表面硬度呈上升趋势;焊枪垂直送粉时,WC颗粒发生了沉底现象,WC周围有明显的鱼骨状组织和棒状组织,涂层表面物相主要由Cr23C6,Ni3Si,CrSi2,Fe3B,Fe7C3等组成,由基体到涂层表面硬度先呈上升趋势,上升到一定值后又呈下降趋势。

WC颗粒增强铜的载流摩擦磨损行为

采用粉末冶金法制备了碳化钨颗粒增强铜(WC/Cu)复合材料,研究了WC含量对WC/Cu)复合材料力学性能和微结构的影响,并考察了复合材料载流摩擦磨损性能。结果表明:随着WC质量分数增加,复合材料相对密度逐渐降低,硬度缓慢增大,电导率快速下降。WC含量较低时,大部分WC颗粒能较均匀分布于铜基体上;而WC含量较高时,WC颗粒的团聚现象较严重,团聚所形成的颗粒团体积较大。载流摩擦磨损测试中,随着WC质量分数增加,体积磨损率逐渐减小;未加载电流时,体积磨损率随载荷增大而增大;一定载荷和滑动速率时,复合材料体积磨损率随载流密度增加而增大。

感应电渣熔铸WC颗粒增强钢基复合材料的力学性能研究

采用电渣熔铸技术,制备了以5Cr Ni Mo模具钢为基体,WC颗粒为硬质相的钢基复合材料。利用扫描电子显微镜、冲击试验机、摩擦磨损试验机等研究了复合材料的冲击韧度、断口形貌、摩擦系数、磨损量和磨损机制。结果表明,复合材料冲击韧度值较小,断裂方式均是脆性断裂。顶部和中部试样分布着沿晶或穿晶二次裂纹,为解理断裂。尾部试样部分区域具有一些韧性特征,断口为细韧窝和部分沿晶断口。热处理后试样的耐磨性得到很大提高,在干滑动磨损条件下,试样的磨损机制主要是粘着磨损引起的表面剥落及磨屑充当第三体引起的磨粒磨损。

WC颗粒增强高铬钢基表面复合材料的滑动摩擦磨损性能研究

采用真空实型铸渗法(V-EPC)工艺,制备了WC颗粒增强高铬钢基表面复合材料,并研究了载荷、转速对WC颗粒增强高铬钢基表面复合材料和高铬钢滑动摩擦磨损性能的影响。研究结果表明:在不同的转速、载荷的条件下,表面复合材料耐磨性都比高铬钢要优越,其中转速影响更为显著,相对耐磨性从100r/min的2.5(最小值)增大到250 r/min的40.7(最大值)。

WC颗粒增强铁基合金涂层的组织及耐磨性

采用等离子堆焊制备了两种尺寸WC颗粒增强铁基合金涂层。通过对两种合金涂层的显微组织、显微硬度、耐磨性及磨损形貌的分析,揭示了两种WC颗粒对堆焊层的影响。结果表明:小颗粒WC分布在堆焊层中下部,而大颗粒则均匀分布。小颗粒WC边缘发生溶解,而大颗粒未发生明显溶解。二者的胎体金属组织均为隐针马氏体和残余奥氏体基体上分布着初生碳化物(Fe,Cr)7C3和共晶碳化物。与小颗粒WC堆焊层相比,大颗粒WC堆焊层耐磨性更好;在磨损过程中,小颗粒WC发生碎裂现象,而大颗粒WC涂层则相对完整。