感应熔覆原位合成TiC增强金属基复合涂层组织与抗磨性能的研究

以Ni60A、Ti粉和石墨粉为原料,利用感应熔覆技术在16Mn钢基材表面制备出原位自生TiC颗粒增强金属基复合涂层,分析了涂层的显微组织,在常温干滑动摩擦条件下评价了涂层的耐磨性能.结果表明:复合涂层由TiC颗粒、γ-Ni奥氏体枝晶和枝晶间M23C6共晶组织组成;随着载荷增加,感应熔覆涂层磨损质量损失缓慢增大,16Mn钢磨损质量损失迅速增大,熔覆涂层具有优异的抗磨性能,其磨损机制主要为擦伤式磨损.     

两种激光熔覆涂层对轮轨材料磨损与损伤性能的影响

选用钴基合金粉末和铁基合金粉末,利用CO₂多模激光器对轮轨材料进行激光熔覆处理. 分析了钴基合金涂层和铁基合金涂层的微观组织、成分、硬度与应力状态. 未处理试样表面残余应力为拉应力,激光熔覆处理后,涂层表面残余应力为压应力. 利用MJP-30A滚动接触疲劳试验机对激光熔覆处理前后轮轨试样进行滚动摩擦磨损试验. 结果表明:激光熔覆处理后轮轨试样磨损率明显降低,其中激光熔覆钴基合金后,轮轨试样磨损率分别降低96.7%和98.9%,激光熔覆铁基合金后,轮轨试样磨损率分别降低81.7%和93.5%. 未处理轮轨试样表面损伤为疲劳损伤;钴基合金涂层表面损伤最轻微,磨痕表面光滑,出现轻微的小块剥落;铁基合金涂层表面出现细小裂纹和犁沟.      

原位合成M23C6-WC双相碳化物协同增强激光熔覆层摩擦磨损行为的研究

选用W-Fe60-C合金粉末作为原材料,利用激光熔覆技术以最佳工艺参数(激光功率1.5 kW、扫描速度4 mm/s和送粉率10 g/min)在16Mn钢表面制备M₂₃C₆-WC (M: Cr, W, Fe)双相碳化物增强铁基熔覆层,并对其微观结构与物相进行表征,以及在商用铁基合金数据库的基础上,使用Thermo-Calc软件进行热力学计算来研究熔覆层的凝固过程. 此外,还对比研究了纯Fe60合金熔覆层、WC增强铁基熔覆层和M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的显微硬度和摩擦磨损行为. 结果显示:M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层主要以α-Fe枝晶为基体、W、WC和M₂₃C₆复合碳化物为增强相. M₂₃C₆碳化物以连续网状结构分布在α-Fe枝晶间,WC颗粒以残留W为形核核心生长成块状分布在熔覆层中. 微观结构结合热力学计算结果表明:激光熔覆过程中M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的凝固过程为液态+W→液态+W+WC→液态+W+WC+γ-(Fe,Ni)枝晶→W+WC+γ-(Fe, Ni)枝晶+M₂₃C₆→W+WC+α-Fe枝晶+M₂₃C₆. 根据显微硬度和磨损率测试可知:M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的平均显微硬度为835.3 HV_0.5,比纯Fe60合金涂层(604.6 HV_0.5)和WC增强铁基熔覆层(658.9 HV_0.5)分别增加了约230 HV_0.5和180 HV_0.5. M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的磨损率为3.44×10?6 mm3/(N·m),比纯Fe60合金熔覆层[8.51×10?5 mm3/(N·m)]和WC增强铁基熔覆层[7.98×10?6 mm3/(N·m)]分别减少了约24.7倍和2.3倍.      

纳米Sm2O3增强TiC/Co基复合涂层微观组织和耐磨性能研究

利用激光熔覆技术在45钢表面制备了纳米Sm₂O₃增强TiC/Co基复合涂层，系统研究了纳米Sm₂O₃对TiC/Co基复合涂层宏观形貌、微观组织和耐磨性能的影响. 结果表明:纳米Sm₂O₃增强TiC/Co基复合涂层主要由γ-Co、Cr₂₃C₆、TiC、Co₃Ti和Fe₇Sm相组成. 纳米Sm₂O₃增强TiC/Co基复合涂层呈现出与基体形成更加优良的冶金结合和优良的润湿性，显微组织明显细小均匀. 随着纳米Sm₂O₃含量增加，复合涂层的显微硬度和耐磨性能均先增加后降低，当纳米Sm₂O₃质量分数为1.5%时，复合涂层的显微硬度和耐磨性能分别提高了10.1%和17.1%. 添加纳米Sm₂O₃的复合涂层的磨损机理均为磨粒磨损. 应用多元统计分析的结果也表明纳米Sm₂O₃对TiC/Co基合金涂层有着显著影响.      

交变磁场对激光熔覆Fe基复合涂层组织结构及其耐磨性的影响

采用激光熔覆辅助电磁控制工艺在45钢表面合成了Fe-Cr-Si-B-C复合涂层.通过对熔覆层进行SEM、EDS和XRD表征,研究了外加交变磁场对涂层微观组织和物相结构的影响.结果表明:外加磁场可降低激光熔池固-液界面前沿液相的温度梯度和增加非均质形核率,促使粗大、方向性很强的柱状晶转变为均匀、细小的等轴晶,并能够消除熔覆层内的气孔和裂纹等缺陷,但其对熔覆层物相组成的影响不大.熔覆涂层由白色初生γ-(Fe,Cr)固溶体相和其间黑色的γ-(Fe,Cr)共晶相组成,同时含有少量Fe3(B,C)、Cr7(B,C)3、CrFeB等碳化物和硼化物.常温干摩擦磨损试验表明,外加磁场所制备的涂层耐磨性能得到明显提高,其磨损失重仅为未加磁场的43％,且摩擦系数波动较小.     

CeO2对WC-Co/Ni60B激光熔覆涂层组织和磨损性能的影响

本文采用激光熔覆的方法,成功制备出了以45#钢为基体,Ni60B自熔性合金粉末为粘结相,微米和纳米WC-12%Co为增强相,含一定量稀土氧化物CeO2的陶瓷颗粒增强金属基复合涂层.在MM200环块磨损试验机上进行了相同磨损距离和不同载荷下的干摩擦滑动磨损试验.研究了CeO2对涂层组织形貌、硬度和磨损性能的影响.结果表明：CeO2的加入对熔覆层的组织起到明显的细化作用,使枝晶生长的方向性减弱,组织趋于均匀;由于硬质相的析出和细晶强化的作用,熔覆涂层的显微硬度值比未添加稀土的涂层有所提高,涂层的耐磨性也相应得到了改善.     

等离子熔敷Cr7C3金属陶瓷增强复合涂层组织与耐磨性研究

利用等离子熔敷技术,以Fe-Cr-C合金粉末为原料在正火态C级钢表面制备出Cr7C3金属陶瓷增强复合涂层,分析了复合涂层的显微组织结构,评价了复合涂层在室温干滑动磨损条件下的耐磨性.结果表明:等离子熔敷Cr7C3金属陶瓷增强复合涂层的组织均匀、与基材之间为完全冶金结合,涂层显微组织为规则块状Cr7C3金属陶瓷相均匀分布于Cr7C3与γ-Fe固溶体构成的共晶基体上,其硬度较高;涂层在室温干滑动磨损条件下表现出优异的耐磨性,复合涂层磨损质量损失随载荷增加变化缓慢.     

高体积分数(Cr,Fe)7C3增强Fe基涂层的组织及耐磨性研究

以FeCrNiBSi与Cr3C2粉末为原料,采用等离子熔覆技术在Q235表面通过原位反应制备了高体积分数六方柱(Cr,Fe)7C3碳化物增强Fe基涂层,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)、XRD射线衍射观察分析了涂层的显微组织结构,同时在M-2000型磨损试验机上考察了恒载荷及变载荷涂层滑动干摩擦时的耐磨性能.结果表明:涂层主要组织为初生(Cr,Fe)7C3碳化物、α-Fe及末溶的Cr3C2,其中(Cr,Fe)7C3在整个涂层中的分布较均匀,平均体积分数达75％,显微硬度为HV0.5(1218～1524),由于高体积分数硬质相的存在,涂层恒载荷下相对耐磨性为纯FeCrNiBSi涂层的9倍,变载荷下相对耐磨性为纯FeCrNiBSi涂层的14倍,涂层的磨损机制为(Cr,Fe)7C3碳化物在高切向应力作用下产生裂纹,发生脆性剥落,随着载荷的增加,逐渐由磨粒磨损转变为氧化磨损.     

氧化铈对镍基碳化钛复合涂层微观结构及摩擦学性能影响

探讨了激光熔覆TiC4复合陶瓷涂层微观结构特征,研究了氧化铈对涂层显微组织、显微硬度及摩擦学性能的影响.在45#钢基体上制作了Ni、Cr、TiC4复合陶瓷涂层及氧化铈改性的复合涂层,用X射线衍射仪(XRD)、分析型扫描电镜(ASEM)、显微硬度计及摩擦磨损试验机对涂层组成、显微组织、显微硬度及摩擦学性能进行了分析.结果表明:利用激光熔覆方法制作的TiC4陶瓷层具有典型的包覆相和硬质点相结构,加入适量的氧化铈能有效防止TiC4结晶过程中颗粒桥接,阻止TiC4结晶成枝状结构,细化了TiC4颗粒,同时也使其分布更加离散.当添加氧化铈的质量分数为0.50%～3.0%时,TiC4颗粒离散效果最好,此时涂层显微硬度分布均匀,较不添加氧化铈涂层相比,显微硬度提高了10%左右,当添加氧化铈的质量分数超过4.0%,TiC4颗粒发生桥接,成枝状结构,且出现聚集,硬度分布离散度加大.磨损试验结果表明氧化铈能改善涂层的干摩擦特性,有效防止涂层片层状脱落,但对涂层耐磨性没有明显的改进,涂层呈现黏着磨损特征.     

火炮驻退机节制环耐磨涂层组织及抗冲蚀性能

火炮驻退机的节制环经常由于冲蚀磨损导致失效。为有效减少节制环磨损程度,提高节制环的可靠性,利用材料表面强化技术,通过微弧沉积与激光熔覆2种技术工艺,制备了铜基合金和镍基合金耐磨涂层,并测试和分析了不同种类涂层的组织形貌、涂层质量及显微硬度。在制备的4种耐磨涂层中,微弧沉积铜基合金涂层和激光熔覆镍基合金涂层的性能较好。为检验合金涂层的实际耐磨性能,在驻退机内安装节制环改进件,在反后坐装置试验台上实施后坐冲击试验。从节制环改进件的磨损形貌和冲蚀磨损量等实验数据得出,激光熔覆镍基合金涂层有较好的耐磨能力,可以作为增强火炮驻退机节制环耐磨能力的有效方法。