H13钢表面电火花沉积WC-Ni基金属陶瓷涂层微观组织及摩擦磨损性能

为了提高H13钢表面性能,延长其使用寿命,采用电火花沉积工艺在H13钢基体上制备了WC-Ni基金属陶瓷涂层,并分别以Ni和Mo作为过渡层制备了复合涂层。利用XRD、SEM、EDS、显微硬度计和摩擦磨损试验机分析了涂层的物相、微观组织、显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明,WC-Ni涂层表面由溅射状沉积斑点堆积而成,横截面分为涂层区、过渡层和基体3个区域,WC硬质相弥散分布于涂层内。Ni/WC-Ni复合涂层的表面较为光滑平整,Ni过渡层的引入并未改变涂层的物相,界面处WC硬质相异常长大。Mo/WC-Ni复合涂层表面存在微细裂纹,且生成了新相Fe_(9.7)Mo_(0.3)。复合涂层的硬度均高于WC-Ni涂层,复合涂层的摩擦系数和磨损失重均低于基体与WC-Ni涂层,Mo/WC-Ni复合涂层具有更好的耐磨性。

表面等离子渗氮对TiAlN涂层TiCN基金属陶瓷性能的影响

针对TiCN基金属陶瓷,调节不同N_(2)/Ar流量比对其进行等离子渗氮,并在渗氮样品表面沉积TiAlN涂层。采用GIXRD、EDS、SEM、HR-TEM、划痕测试、纳米压痕测试和光学图像测试仪等研究了渗氮过程N_(2)/Ar流量比对涂层组织结构、膜基界面状态、力学性能和涂层金属陶瓷刀片切削性能的影响。结果表明,随着N_(2)/Ar流量比的提高,TiAlN涂层晶粒逐渐细化,涂层厚度不断降低,基体表面仍有黏结相残留,进而影响表面涂层的生长和性能。当N_(2)/Ar流量比为1时,膜基界面处存在硬质相生长区和富黏结相生长区两种涂层生长区域,涂层在硬质相表面为共格外延生长,富黏结相区域存在原子排列紊乱的过渡区,涂层为半共格外延生长;涂层(200)晶面取向最强,织构系数为1.91;涂层硬模比(H/E)最高,为0.094。当N_(2)/Ar流量比为2时,TiAlN涂层的硬度和弹性模量均最高,分别为34.15GPa和416.64GPa。在切削加工过程中,切削接触区域主要发生磨粒磨损和粘着磨损。当N_(2)/Ar流量比为1时,涂层TiCN基金属陶瓷刀片切削性能最佳。

激光熔覆镍基金属陶瓷涂层组织与高温磨损性能的研究

通过显微组织观察及高温干摩擦磨损试验,对激光熔覆镍基金属陶瓷涂层及其高温干摩擦磨损性能进行了研究。结果表明,Ni21+20%WC+0.5%CeO2熔覆层组织细小,高温干摩擦磨损性能最好。

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。

超音速火焰喷涂4种典型WC基金属陶瓷涂层的组织和性能

采用超音速火焰喷涂工艺在碳钢表面制备WC-12Co、WC-10Co4Cr、WC-10Ni和WC-20Cr3C2-7Ni金属陶瓷涂层,对比研究了不同涂层的物相组成、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能。结果表明:WC-12Co、WC-10Co4Cr和WC-10Ni涂层中均生成了少量W2C脱碳相;4种涂层均很致密,且与基体结合良好;WC-10Co4Cr和WC-12Co涂层的硬度和耐磨性能相近且最好,WC-10Ni涂层的次之,WC-20Cr3C2-7Ni涂层的最差;WC-10Co4Cr涂层的耐腐蚀性能最好,WC-10Ni涂层略次之,WC-20Cr3C2-7Ni涂层的最差。WC-10Ni涂层的耐磨性能适中,耐腐蚀性能略低于WC-10Co4Cr涂层的,在正常服役条件下有望替代WC-10Co4Cr涂层用于机械零件表面磨损和腐蚀防护。

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。

激光熔覆原位合成Fe基TiC金属陶瓷涂层室温干滑动摩擦磨损性能

采用CO2横流激光器在Q235钢表面熔覆制备了原位合成Fe基TiC金属陶瓷复合涂层;对熔覆层进行了显微组织观察、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,Fe基TiC金属陶瓷增强熔覆层组织致密,无缺陷,TiC粒子同基体之间结合良好。熔覆层室温下以区域选择性粘着磨损和显微切削为主,干摩擦磨损性能优良。

激光熔覆Fe基TiB_2+TiC金属陶瓷层的组织及摩擦磨损性能

目前,对激光熔覆原位自生金属陶瓷层增强相的形成机制及磨损机理的研究尚不系统。自配合金粉末,采用激光熔覆技术在Q235钢表面制备了原位自生的TiB2+TiC/Fe金属陶瓷层。对熔覆层进行了XRD分析、显微组织观察及室温干滑动摩擦磨损试验。结果表明:Fe基TiB2+TiC金属陶瓷增强熔覆层组织细小、致密,高硬度的亚微米TiB2和TiC金属陶瓷颗粒均匀弥散分布在α-Fe等轴枝晶基体上,熔覆层与基体冶金结合优良;室温下熔覆层的磨损主要为显微切削和滑擦,耐摩擦磨损性能优良。

添加CeO2对激光熔覆镍基金属陶瓷复合层的影响

采用CO2横流激光器在45钢基体表面熔覆添加不同量CeO2的镍基TiC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、耐磨性能和耐腐蚀性能测试。结果表明,加入适量的CeO2(0.6wt%),可有效地减少复合层中的裂纹、孔洞和夹杂;促进晶粒细化;提高熔覆层的组织均匀性及表面硬度;并且明显地改善了熔覆复合层的耐磨及耐蚀性能。

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。

稀土对激光熔覆金属陶瓷复合层的影响

采用CO2横流激光器在45#钢基体表面熔覆添加不同含量的稀土氧化物CeO2的镍基TiC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、耐磨性能和耐腐蚀性能测试。结果表明,加入适量的稀土氧化物CeO2,可促进晶粒细化,有效地减少复合层中的裂纹、孔洞和夹杂,提高熔覆层的组织均匀性及表面硬度,明显改善熔覆复合层的耐磨及耐蚀性能。

金属陶瓷刀具及其表面处理的现状与展望

Ti（C，N）基金属陶瓷具有许多优良的性能。概述了Ti（C，N）基金属陶瓷的发展历史，总结了陶瓷刀具和涂层陶瓷刀具的特点和应用现状，介绍了几种使用较多的涂层方法，最后简单展望了金属陶瓷涂层刀具的发展态势。

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。

电火花沉积碳化铬基金属陶瓷涂层的微观组织与性能

采用电火花沉积分别制备了碳化铬基金属陶瓷单涂层和碳化铬基金属陶瓷/Ni复合涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和摩擦磨损试验机对比研究了单涂层和复合涂层的物相、微观组织结构、显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明,两种涂层组织结构致密,与基体呈良好的冶金结合,并在涂层内形成了纳米晶的微观组织。复合涂层中FeCr_(0.29)Ni_(0.16)C_(0.06)韧性相含量增加,在涂层界面处存在过渡层Ni,并以塑性变形的方式释放了更多沉积时产生的热应力,因而涂层裂纹明显减少。复合涂层的峰值硬度(11.86 GPa)虽略低于单涂层,但该涂层具有最小的摩擦系数(0.2462),1 h磨损量仅为单涂层的1/3,因此表现出更好的耐磨性能,其主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损。

NbC含量对Ti(C,N)基金属陶瓷PVD-TiAlCrSiN涂层组织与摩擦性能的影响

通过粉末冶金方法制备了不同NbC质量分数(0%、3%、6%、9%、12%)的Ti(C,N)基金属陶瓷,然后在所制得的金属陶瓷基体表面通过物理气相沉积法(PVD)涂覆TiAlCrSiN涂层。通过SEM、EDS等手段对该金属陶瓷涂覆TiAlCrSiN涂层前后基体进行了观察和分析,并对基体的微观组织结构和力学性能及其涂层的附着力和摩擦性能进行了研究。结果表明:当NbC添加量为6%时,金属陶瓷的综合力学性能最好;随着NbC质量分数的增加,基体晶粒得到了细化,黏结相分布更加均匀,但是,涂层的附着力有所降低,摩擦系数逐渐下降。在PVD沉积TiAlCrSiN涂层时,涂层和基体间有元素相互迁移,但是由于PVD沉积时温度比较低,迁移的量比较少。

添加BaF_2/CaF_2对爆炸喷涂Cr_3C_2基金属陶瓷涂层性能的影响

采用爆炸喷涂制备添加BaF2/CaF2共晶的Cr3C2基金属陶瓷涂层,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及显微硬度仪等检测方法观测了喷涂粉形貌、相组成及涂层微观组织、硬度等性能,探讨了BaF2/CaF2共晶的加入方式及其含量对爆炸喷涂Cr3C2基金属陶瓷涂层性能的影响,结果显示:10%的BaF2/CaF2共晶与Cr3C2-25%NiCr粉体经高能球磨1h,粉体粒度最小,尺寸均匀性最高。爆炸喷涂后涂层组织致密,孔隙率小于0.8%;共晶的加入,降低了涂层的显微硬度(Hv),且随加入量的增加,涂层硬度及孔隙率逐步降低;共晶与NiCr合金的预先球磨,有助于提高涂层均匀致密性和硬度,孔隙率为0.2%,显微硬度(Hv)为665.6。

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。

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。

TaC含量对Ti(C,N)-18%Ni金属陶瓷基体及其CVD涂层组织、性能的影响

采用传统的粉末冶金方法制备了不同TaC含量Ti(C,N)-18Ni金属陶瓷,利用化学气相沉积技术在所制备的金属陶瓷基体上沉积TiN/TiCN/Al2O3/TiN多层复合涂层,通过不同的方法表征了基体和涂层的组织和力学性能。结果表明:TaC含量为6%时(质量分数,下同),金属陶瓷的晶粒细小且分布均匀,组织最为致密,表现出优异的机械性能。TaC的添加细化了金属陶瓷晶粒,为涂层生长提供了更多形核点,从而改变了涂层的组织和性能。基体中部分元素扩散到涂层中,改变了涂层的晶格常数。当TaC含量为6%时,涂层与金属陶瓷的结合力达到最大,为127.8 N。