感应加热金刚石/镍基复合涂层微观组织与性能

采用感应加热的方式,在65Mn钢基体表面制备了金刚石质量分数为10%的复合镍基涂层,利用SEM、EPMA、XRD对钎涂接头的微观组织和相组成进行了分析,研究了感应钎涂中金刚石/钎料界面的元素扩散机制和形成机制。并利用干砂橡胶轮磨损试验机测试了涂层的耐磨性能,分析了金刚石/镍基涂层的耐磨增强机制。结果表明,钎涂层中钎料合金物相主要为Ni₄B₃、(Ni,Fe)固溶体、Ni₃Si₂、CrB;金刚石与钎料合金发生了冶金反应,金刚石/钎料合金界面的C元素分布促使金刚石表面出现了双层碳化物结构,分别为金刚石侧的Cr₃C₂和在Cr₃C₂表面生长的Cr₇C₃。金刚石复合涂层的耐磨性能显著优于钢基体,涂层60min磨损失重仅0.25g,为钢对比试样磨损失重的1/12,金刚石在磨损过程中起到了阻挡犁沟扩展的作用,涂层的失效机制为镍基合金磨损和金刚石的脱落。     

金刚石钎涂技术在过流部件上的应用研究

过流部件在服役过程中常因表面磨损而失效,与传统耐磨处理方法相比,采用金刚石钎涂技术处理后的过流部件使用寿命显著提高.采用钎涂技术分别制备NiCrBSi、NiCrBSi/WC、NiCrBSi/金刚石耐磨钎涂层,涂层与基体冶金结合良好,NiCrBSi涂层生成碳化铬、硼化铬、硼化镍等强化相,NiCrBSi/WC涂层中WC颗粒的分布密度由涂层表面至底部逐渐增大,NiCrBSi/金刚石涂层中金刚石颗粒均匀弥散分布;在相同磨损试验条件下,NiCrBSi/金刚石涂层失重约为NiCrBSi涂层的1/5、NiCrBSi/WC涂层的1/3,这表明NiCrBSi/金刚石涂层具有优异的耐磨性.将金刚石钎涂技术在农机触土部件旋耕刀、螺旋输送机叶片上进行工程应用,经现场试验验证,金刚石钎涂旋耕刀和金刚石钎涂螺旋叶片的耐磨性及使用寿命得到了大幅提高.为金刚石钎涂技术将来在其他过流部件上的应用与推广提供了理论参考和实践经验.     

石墨/TiC改性镍基合金复合涂层的摩擦学性能

为降低纯镍基合金涂层在高接触应力下的摩擦因数并进一步提高其耐磨性能,运用等离子喷涂技术在45#钢表面制备石墨/TiC协同改性镍基合金复合涂层。结果表明：复合涂层的摩擦因数较纯镍基合金涂层降低47.45%,磨损质量降低59.1%。纯镍基合金涂层与GCr15钢对摩时,表面产生明显的滑移和粘着变形,从而使纯镍基合金涂层表现出多次塑变磨损和粘着磨损。在复合涂层的磨损表面形成较软的、富含石墨和铁氧化物的转移层,使得其摩擦因数显著降低,质量磨损大为减少。复合涂层的磨损机理主要为转移层的疲劳剥落。     

镍/碳化钨钎涂层界面行为与力学性能分析

具有高耐磨、抗腐蚀、高硬度的镍/碳化钨复合涂层,在盾构部件、航空航天等领域广泛应用。为提高水力机械过流部件服役寿命,文中以WC颗粒和镍基粉状钎料为原材料,采用真空钎涂在201不锈钢表面制备镍/碳化钨复合钎涂层,借助扫描电镜、金相显微镜、洛氏硬度计对钎涂层界面微观组织和力学行为进行研究。研究表明,涂层与基体之间元素扩散主要表现为钢基体中Fe、Cr和Mn元素向涂层组织中溶解扩散,在界面处偏析沉淀;含有25 wt.%WC钎涂层显微硬度分布均匀,是钢基体的4.6倍;钎涂层耐磨性随WC含量增加而提高,添加15～35 wt.%WC可显著提高基体表面耐磨性,复合钎涂层耐磨性是钢基体的8.4～15.7倍;钎涂层表面未发生明显变化,裂纹开口平整,呈脆性断裂。     

Cu-P-Sn对镍基钎料真空钎焊金刚石的影响

采用镍基钎料对金刚石进行钎焊时,金刚石出现较大的热损伤。针对该问题,调整镍基钎料中的成分,分别采用不同Cu-P-Sn含量的Ni-Cr-B-Si复合钎料对金刚石磨粒在1020℃进行真空钎焊。利用SEM、EDS和XRD对金刚石及其表面碳化物的形貌、钎料的微观结构进行分析,采用显微硬度计测试了钎料层的显微硬度。结果表明:在Ni-Cr-B-Si钎料中添加Cu-P-Sn,降低了钎料的熔点及其钎焊温度,真空钎焊后金刚石表面形成了一层整齐的Cr3C2碳化物,金刚石的热损伤降低,钎料与金刚石之间有较强的连接强度。钎料层的微观组织主要是γ-(Ni,Cu)和颗粒状短棒状的Cr7C3碳化物。加入不同含量Cu-P-Sn的Ni基钎料层的显微硬度降低,有利于金刚石磨粒的出露。     

铝微粉对大气环境感应钎涂金刚石涂层性能影响

金刚石钎涂是材料表面修形提性的重要技术手段,由于金刚石的超硬特性使得钎涂涂层中金刚石与钎料的性能难以匹配. 在镍基钎料中加入铝微粉,研究Al对涂层组织及耐磨性的影响. 结果表明,Al的添加降低了金刚石钎涂层孔隙率,同时钎涂过程中在基体内原位生成Al₂O₃相,提高了金刚石钎涂层的耐磨性. 阐明了Al脱氧消减气孔及其脱氧产物Al₂O₃作为原位生成硬质相增强涂层硬度及耐磨性的机制.进一步揭示了原位生成Al₂O₃可细化、强化钎料组织,优化涂层形态、增加涂层厚度的机理.明确了感应钎涂中活性微粉的脱氧作用和原位生成氧化物陶瓷的耐磨作用.     

滚动轴承钢上复合化学镀镍技术的研究

研究了滚动轴承钢表面复合化学镀镍工艺,利用SEM分析了纯镍镀层、复合镀层的表面显微组织和相结构;采用HXZ-100显微硬度计和LY71-XM-200型表面形貌测量仪测试了镀层的硬度、耐磨性能,分析了其磨损机理.结果表明:热处理前镀层的结构是胞状突起,硬度为430.6HV;经热处理后,镀层为单一的纳米金刚石镍复合膜,均匀致密,硬度达到1 807.0HV,耐磨性大大提高;镀层的耐磨性随镀液中金刚石粉含量的不同而发生变化;镀层在19.6N压力下研磨也不会发生脱落,表明其附着力极好,达到滚动轴承的表面性能要求.     

P110钢表面瞬态电能沉积镍基合金涂层的摩擦磨损特性

采用镍基G3合金为电极,利用瞬态电能表面强化工艺在P110油套管钢(P110钢)表面沉积镍基合金涂层,以提高其表面性能。借助扫描电镜和X射线衍射仪,对瞬态电能沉积涂层的表面形貌、显微组织和相结构进行分析和表征。利用摩擦磨损试验对比研究P110钢和涂层的摩擦磨损特性。结果表明:涂层连续、致密,其相组成与G3合金电极一致。与P110钢相比,涂层具有较高的硬度和摩擦系数;较低的磨损失重。瞬态电能沉积涂层显著提高了P110钢的耐磨性。     

等温淬火处理对感应重熔镍基合金涂层摩擦学性能的影响

目的改善镍基合金涂层的摩擦学性能。方法分别采用感应重熔工艺及感应重熔-等温淬火一体化工艺,在GCr15钢基体表面制备了两种镍基合金涂层,并通过销盘摩擦磨损试验、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试对其摩擦磨损性能、微观组织、表面硬度进行了对比研究,探讨了等温淬火处理对感应重熔镍基合金涂层摩擦学性能、微观组织、表面硬度的影响,揭示了其增强机理。结果经等温淬火后的重熔涂层比感应重熔涂层具有更低的摩擦系数和磨损失重,摩擦稳定阶段的摩擦系数为0.301,比后者低23.8%,相对耐磨性是后者的1.71倍。感应重熔涂层同时存在着磨粒磨损和粘着磨损两种机制,而经等温淬火后的重熔涂层以磨粒磨损为主,比前者具有更优异的抵抗磨粒磨损和粘着磨损的能力。感应重熔涂层及经等温淬火处理后的重熔涂层平均显微硬度分别为818.0、873.6HV(0.5),硬度极差分别为170.9、132.6HV(0.5),形状参数分别为18.5057、22.6189,后者比前者具有更高的平均硬度值、更小的硬度极差以及更加稳定的涂层性能。经过微观组织分析发现,重熔涂层在经等温淬火处理后,其晶粒的细化、硬质相的相对均质弥散性、共晶相的减少、丰富的耐磨陶瓷相和快速凝固的定向晶粒结构的协同作用,是其具有优异的显微硬度Weibull分布特性,以及耐磨性得到进一步提高的根本原因。结论合适的等温淬火热处理工艺能够改善感应重熔镍基合金涂层的微观组织,从而有效减小其摩擦系数,并提高其耐磨性。     

钎涂金刚石在盾构刀具再制造中的应用

采用感应钎焊的方法,在堆焊层上制备金刚石耐磨复合涂层。对涂层进行磨粒磨损实验,并通过体视显微镜、扫描电镜、能谱分析和磨损质量损失表征钎涂界面的组织和磨痕特征。结果表明:金刚石复合涂层形成良好,金刚石弥散分布在复合涂层中,钎料与堆焊层之间形成了约5 μm的钎焊反应界面,并实现良好的冶金结合;在相同磨损实验条件下,堆焊层的质量损失为0.601 2 g,钎涂金刚石再制造试件的质量损失为0.087 1 g,约为堆焊层的14.5%。      

掺杂镍对镁合金表面冷喷涂锌基涂层性能的影响

目的研究镍添加对冷喷涂锌基涂层耐蚀性的影响,为镁合金提供有效的防护涂层。方法采用低压冷喷涂技术在镁合金基体表面分别制备锌基和锌/镍基复合涂层,通过微观观察、摩擦磨损实验、电化学极化法和电化学阻抗谱测试及全浸泡腐蚀试验,研究镁合金表面冷喷涂涂层的结构、摩擦磨损行为和耐蚀性。结果镁合金表面冷喷涂锌基涂层后,其硬度和耐磨性得到显著提高,掺镍后的锌/镍基涂层具有更高的硬度和耐磨性。锌基和锌/镍基涂层均能为镁合金提供腐蚀防护,锌/镍基涂层比锌基涂层具有更好的耐蚀性。相对镁合金来说,锌基涂层和锌/镍基涂层的自腐蚀电位分别正移了260 mV和560 mV;长期腐蚀后锌/镍基涂层形成了更致密的腐蚀产物膜,腐蚀电阻显著高于锌基涂层。结论冷喷涂锌基和锌/镍复合涂层均能对镁合金提供防护作用,掺杂镍后的锌/镍基复合涂层具有更高的硬度、耐磨性和耐蚀性。     

Non-vacuum sintering process of WC/W2C reinforced Ni-based coating on steel

Ni-based composite coatings containing varied contents of tungsten carbides on low carbon steel were fabricated. Effects of sintering temperature and tungsten carbides contents on the surface, interface, microstructure and wear resistance of the coatings were investigated using scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffraction, Vickers microhardness tester, bulk hardness tester and pin-on-disc tribometer. The results indicated that with appropriate sintering temperature (1230 °C), smooth coating surfaces can be achieved. Favorable interfaces about 200 μm can be got that both the chemical composition and property of the interfacial region showed gradual transitions from the substrates to the coatings. Microstructure of the coatings consists of tungsten carbides and M7C3/M23C6 in the matrix. With excessive sintering temperature, tungsten carbides tend to dissolve. Ni-based coatings containing tungsten carbides showed much higher level of bulk hardness and wear resistance than ISO Fe360A and ASTM 1566 steels. With increasing contents of tungsten carbides from 25% to 40%, bulk hardness of Ni-based coatings gradually increased. Ni-based coating with 35% tungsten carbides performed the best wear resistance.     

Analysis on brazed diamond joints with modified Cu-based filler alloy

Filler alloy can strongly influence the performance of brazed monolayer diamond grinding tools. Cu-Sn-Ti and modified Cu-based filler alloy added with Ni-Cr-B-Si were used to braze diamond. The morphology of the diamond and the microstructure of the filler alloy were analyzed by SEM, EDS, and XRD. The hardness of the alloy was also determined with a microhardness tester. The results show that filler alloy containing Cu, Sn metal powder, and 16%Ni-Cr-B-Si is suitable for brazing diamond. The morphology of the brazed diamond is intact, and the filler alloy catalyzes the chemical metallurgical bonding with the diamond. Different kinds of carbide are formed on different crystal faces of the diamond. Cu-based dendrites, Cu_5.6Sn, Cu₃Sn, and Ni₃Sn are formed on the filler alloy during solidification. The hardness of the modified Cu-based filler alloy increases with increasing proportion of Ni-Cr-B-Si added. In particular, the hardness of the modified Cu-based filler alloy containing 16 wt% Ni-Cr-B-Si reaches 340–360 HV0.3, which is three times the hardness of the Cu-Sn-Ti filler metal.     

激光钎焊金刚石磨粒界面微结构分析

采用Ni基合金钎料,在Ar气保护条件下,对金刚石磨粒进行了激光钎焊试验研究.采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD)对钎焊金刚石试样进行理化分析,探讨了钎料与金刚石界面处碳化物的形成机理.结果表明,激光钎焊过程中在金刚石表面附近形成的富Cr层与金刚石表面的C元素反应生成碳化物,在钢基体结合界面上Ni-Cr合金钎料和钢基体中的元素相互扩散形成化学冶金结合.     

纳米Y2O3-Co基合金激光熔覆复合涂层的分析

采用纳米Y2O3和Co基合金粉末,并利用激光表面熔覆技术和堆焊技术在Ni基合金基体上制备了纳米Y2O3-Co基合金复合涂层.运用扫描电镜(SEM)等测试方法,研究了复合涂层的显微组织和显微硬度,通过磨损试验和腐蚀试验分析了激光熔覆涂层和单一堆焊层的耐磨性和耐蚀性.结果表明,激光熔覆层显微组织由熔合区、细等轴状枝晶区及粗枝晶区构成;激光熔覆层的显微硬度由堆焊层的512.8 HV提高到868.9HV;激光熔覆层的耐磨性提高了51.2倍,40 min磨损量由堆焊层的25.6 mg降低到激光熔覆层的0.5 mg;激光熔覆层在10%HCl、10% HNO3和10% NaOH中的耐腐蚀性均比堆焊表面有明显改善.     

TC4合金表面氩弧熔覆TiCp/Ti基复合涂层组织及耐磨性

利用氩弧熔覆技术在TC4合金表面制备出TiC增强的Ti基复合涂层。利用SEM、XRD和EDS分析了熔覆涂层的显微组织;利用显微硬度仪测试了复合涂层的显微硬度;利用摩擦磨损试验机测试了涂层在室温干滑动磨损条件下的耐磨性能。结果表明:氩弧熔覆涂层组织均匀致密,熔覆层与基体呈冶金结合,涂层中有大量的TiC树枝晶和条块状TiC颗粒;复合涂层明显改善了TC4合金的表面硬度,HV平均硬度可达9GPa;复合涂层室温干滑动磨损机制为磨粒磨损和轻微粘着磨损。     

结晶器铜板表面耐磨纳米复合镀层的制备及性能

目的提高连铸坯质量,延长结晶器的服役时间,节约铜资源。方法采用纳米复合镀技术在结晶器铜板表面制备了Ni/Al_2O_3纳米复合镀层,并通过扫描电镜(SEM)观察了复合镀层表面形貌。采用单因素变量法研究了镀液中纳米Al_2O_3添加量、阴极电流密度及镀液温度等对纳米复合镀层显微硬度的影响。对结晶器铜板表面的纯Ni镀层和纳米复合镀层进行了摩擦磨损实验。结果在结晶器铜板表面制备出了高硬度、耐磨损的纳米复合镀层。随着镀液中纳米颗粒添加量的增加,镀层的硬度先升高后降低,且当纳米颗粒添加量为40 g/L时,复合镀层的显微硬度达到最大值384HV。因镀液中纳米颗粒的存在,随着电流密度和镀液温度的变化,纳米复合镀层的硬度变化不大。在相同的摩擦磨损条件下,纳米复合镀层和纯Ni镀层的摩擦系数分别约为0.41和0.7,纳米复合镀层的磨损量约为纯Ni镀层的1/2。结论在Ni基镀层中加入纳米Al_2O_3材料,能显著地提高复合镀层的硬度、耐磨损性能。     

铬铁原矿粉掺杂制备CrFeNiSiAl0.5高熵合金涂层及其组织性能

目的 以40Cr钢为基体,制备掺杂铬铁原矿粉的CrFeNiSiAl0.5高熵合金涂层,提高其硬度与耐磨性.方法 在Cr、Fe、Ni、Al、Si纯金属粉末中掺杂铬铁原矿粉,矿粉有效原子数分数为0％、5％、10％、15％时,采用激光熔覆技术,在40Cr钢基体上制备CrFeNiSiAl0.5高熵合金涂层.利用X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电子显微镜,表征高熵合金涂层的物相结构及微观组织.利用硬度计、磨粒磨损机,对涂层的硬度及耐磨性能进行表征.结果 不含铬铁原矿粉时,高熵合金涂层为单一的BCC相,铬铁原矿粉为10％时,出现FCC相.高熵合金涂层微观组织以胞状树枝晶为主,涂层与结合区存在明显分界,与基体呈良好的冶金结合.不含铬铁原矿粉时,高熵合金涂层平均硬度值为643.5HV;铬铁原矿粉为15％时,涂层平均硬度值为838.1HV,是基体的3.4倍.磨损率随铬铁原矿粉占比的增加而降低,铬铁原矿粉有效原子数分数为15％时,磨损率约为0.14 mg/mm2,耐磨性能最好.结论 在40Cr钢基体上成功制备出了以铬铁原矿粉为掺杂组元的高熵合金涂层,铬铁原矿粉的掺入,提升了CrFeNiSiAl0.5高熵合金涂层的硬度与耐磨性.