激光熔覆SiC_p/Ni35覆层热疲劳性能研究

采用激光熔覆技术在H13钢表面制备了SiC_p/Ni35,Ni@SiC_p/Ni35和Cu@SiC_p/Ni35复合覆层。用自制的热疲劳试验设备对覆层进行了600次热疲劳循环试验。用SEM-EDS对涂层微观组织进行观察。结果表明,添加了SiC_p的激光熔覆层的热疲劳性能低于H13钢基体。熔覆层裂纹萌生于低强度、低热膨胀系数及不良浸润性的石墨,随后金属硅化物的氧化导致了裂纹的扩展。     

预渗碳处理对H13钢碳化铬覆层高温摩擦磨损性能的影响

利用光学显微镜、维式硬度仪、电子探针显微分析仪等分析方法,研究了预渗碳处理对H13钢碳化铬覆层质量以及高温耐磨损性能影响。结果表明:复合覆层(预渗碳+热反应扩散(TRD)处理)避免了贫碳层的出现,其硬度为2226 HV0.1,碳化铬覆层厚度平均为15μm;相比单一覆层,其厚度提升了4倍,硬度提升38%。高温摩擦磨损实验中,复合覆层高温耐磨损性能最优,摩擦系数稳定在0.307左右,磨损率为1.033×10~(-13)m~3/(N·m),约为单一覆层的1/7,为未处理H13钢的1/8,复合覆层的磨损机制主要是氧化磨损,单一覆层则是氧化磨损和磨粒磨损。     

碳化铬对H13钢镍基等离子弧堆焊覆层组织与硬度的影响

热锻模长期在高温环境中承受较大机械载荷以及冷热疲劳等作用,容易发生破坏失效。通过等离子粉末堆焊在模具表面上堆焊制备出高性能表面覆层,大幅度提高了模具性能。通过对复合材料的制备方案的分析,选择镍基自熔性合金粉末,借助等离子粉末堆焊工艺制备出碳化铬增强镍基堆焊覆层。以H13钢为例,对比研究了镍基合金堆焊层以及镍基碳化铬堆焊层的组织成分、相结构及显微硬度。堆焊层的微观组织表明,堆焊层与基体冶金结合良好,堆焊层熔接线附近元素呈梯度分布。镍基堆焊层以及镍基碳化铬堆焊层组织均以γ-Ni固溶体为主,在晶界处分布有碳化物和硼化物。由于碳化铬颗粒的强化作用,镍基碳化铬堆焊层中的固溶体晶粒更加细小,同时碳化物数量更多,弥散分布在固溶体的晶界处。     

H13钢表面激光熔覆NbC/Ni60复合涂层组织及高温耐磨损性能

目的 研究NbC颗粒的加入量对H13钢表面激光熔覆NbC/Ni60复合涂层的组织、硬度和耐磨性的影响。方法 将Ni60合金粉末与NbC碳化物粉末球磨混合,采用激光熔覆技术,在H13钢基体表面制备不同NbC含量(质量分数分别为0%、10%、20%、30%)增强的NbC/Ni60合金复合涂层。采用电子扫描显微镜(SEM)、X射线衍射仪对复合涂层的微观组织和物相进行分析。借助显微硬度计,研究复合涂层的截面显微硬度分布规律。采用高温摩擦磨损试验机测试复合涂层在真空400℃下的摩擦磨损性能。结果 在激光熔覆NbC/Ni60复合涂层中,物相主要由γ-(Ni, Fe)固溶体、Ni₂Si、CrB、Cr₂₃C₆、NbC组成;熔覆层以胞晶和枝晶为主,NbC含量对复合熔覆层组织及形态具有显著影响,加入少量NbC可使熔覆层组织细化;在NbC的质量分数为20%时,大量弥散的Nb C颗粒在枝晶间呈聚集趋势;在NbC的质量分数为30%时,熔覆层中NbC相呈现块状、花瓣状形貌。NbC/Ni60复合涂层的硬度显著高于H13钢基体,随着NbC含量的增加,N...     

H13钢表面激光熔覆WC颗粒增强复合涂层的实验研究

在H13钢表面制备了H13+H13/WC颗粒增强复合涂层,对涂层组织演化机理、界面行为及显微硬度分布、摩擦磨损性能等进行了分析与表征。结果表明,熔覆层与基体形成良好的冶金结合,复合熔覆层成形质量良好;相同工艺参数下,H13/20%WC熔覆层的硬度最高,平均显微硬度为639 HV,具有较好的耐磨性。H13钢基体的磨损机制主要为磨粒磨损、氧化磨损和少量的剥层磨损,各熔覆层磨损形式主要是磨粒磨损和氧化磨损     

激光熔覆高温自润滑覆层的摩擦学特性

采用激光熔覆技术制备了Ni3Al–BaF2/CaF2–Ag基高温自润滑耐磨覆层,考察了覆层在不同温度下的摩擦学性能及高温自润滑机理。结果表明,对复合粉末的预先机械合金化处理,改善了覆层组织的相容性及覆层的摩擦学性能。在室温至800℃的宽温域范围内,覆层的摩擦因数及磨损率分别在0.30～0.34及(2.6～8)×10-5 mm3/m.N之间波动,覆层表现出较平稳的摩擦磨损性能。在中低温度摩擦时,磨损形式主要为微断裂及磨粒磨损;在600℃及以上温度摩擦时,磨损形式受润滑相的热软化与Ni3Al粘结相的摩擦氧化反应共同作用的控制。     

GH2135合金粉末等离子弧覆层组织及其热疲劳性能

在H13钢表面制备了GH2135铁镍基高温合金粉末等离子弧覆层,利用自制的热疲劳试验机进行了覆层试样的热疲劳测试,借助OM和SEM观察了覆层材料的组织和热疲劳裂纹形貌,对比研究了GH2135覆层试样与H13钢试样的热疲劳行为。试验表明,GH2135覆层优异的高温抗氧化性和较高硬度,对阻碍疲劳裂纹扩展及提高材料的热疲劳性能起了重要作用。     

H13钢表面Fe2B单相渗硼层的高温摩擦磨损机理研究

经过固体渗硼及后续真空热处理在H13钢表面制备得到了Fe₂B单相渗硼层,研究了400~700 ℃高温下Fe₂B单相渗硼层高温摩擦磨损性能,并探讨了其摩擦磨损机理。结果表明,渗硼层的摩擦因数随温度升高呈降低趋势,而磨损体积反之;400 ℃时渗硼层仍具有较好的抗氧化性以及耐磨性能,磨损机理主要为轻微氧化磨损以及周期载荷作用下Fe₂B柱状晶碎裂产生微裂纹导致的疲劳磨损;在500 ℃时磨损机理开始向氧化磨损转变;600 ℃以上磨损机理转变为氧化磨损占主导;700 ℃时为严重氧化磨损,渗层出现疲劳剥落现象。     

P20模具钢TD盐浴渗铬覆层摩擦磨损性能研究

为了改善P20模具钢的耐磨性,提高其使用寿命,研究不同覆层对其摩擦性能的影响。在200℃下,分别对具有电镀铬层、碳化铬层和未处理P20钢这3种不同试样进行摩擦磨损试验,测试其摩擦系数和磨损率。结果表明,TD渗铬工艺下的覆层其摩擦系数最小,磨损率最低。在200℃下,发现未处理的工件磨损方式主要是氧化磨损和磨粒磨损,伴随严重粘着磨损;电镀覆层磨损机制主要是氧化磨损和粘着磨损;碳化铬覆层磨损机制主要是氧化磨损和少量磨粒磨损。     

TIG弧堆焊铁基高温合金覆层微观组织及抗高温性能研究

采用TIG弧堆焊方法,在Q235基体上制备了以铁基高温合金GH2135为基础成分的堆焊覆层。分析了覆层的显微组织、回火抗力和高温抗氧化性能。结果表明,该覆层的显微组织主要由树枝晶γ-Fe(Cr、Ni等)固溶体及晶间α-Fe组成,金属间化合物弥散析出,晶界有少量特殊碳化物,晶粒较细小;与H13钢不同,正交组覆层的硬度随回火温度的升高而增大,700℃高温回火后,正交组中1A覆层的硬度(346 HV0.1)最大。较基础配方覆层10J、H13钢,1A涂层硬度分别提高约50、82 HV0.1,而11K覆层硬度(349 HV0.1)又高于1A覆层,回火抗力最优;11K覆层的抗高温氧化性能优异,其在600、700℃氧化试验的单位面积氧化增重仅为H13钢的1/8、1/3。     

等离子喷涂WC-20Cr3C2-7Ni/8YSZ复合涂层的组织及摩擦学性能

为提高连铸机拉矫辊的服役寿命,通过等离子喷涂技术在模具钢H13表面制备不同质量比的WC-20Cr₃C₂-7Ni+8YSZ复合涂层,分析各涂层的微区组织、显微硬度、抗划伤性、耐磨性和磨损形式。结果表明,在WC-20Cr₃C₂-7Ni粉末中分别加入30wt%、50wt%的8YSZ,其复合涂层的致密性明显提高,且涂层晶粒明显得到细化;WC-20Cr₃C₂-7Ni涂层中出现WC_1-x与W相,且随着8YSZ的添加WC相的结晶强度变弱;WC-20Cr₃C₂-7Ni+30wt%8YSZ涂层平均硬度(1172 HV0.2)相对于WC-20Cr₃C₂-7Ni涂层(1152 HV0.2)并没有明显变化,WC-20Cr₃C₂-7Ni+50wt%8YSZ涂层硬度(1052 HV0.2)相对于WC-20Cr₃...     

激光熔覆Fe/NiCr-Cr3C2复合涂层的组织和磨损性能

利用激光熔覆技术在GCr15 钢表面制备Fe/NiCr-Cr₃C₂复合涂层,研究不同NiCr-Cr₃C₂含量对铁基涂层微观组织和磨损性能的影响。结果表明:随NiCr-Cr₃C₂含量的增多,复合涂层显微组织逐渐细化,在铁基合金里掺入NiCr-Cr₃C₂金属陶瓷粉末导致复合涂层里残留奥氏体含量增多,α-Fe相含量减少,截面硬度显著降低。当加入10%NiCr-Cr₃C₂时,复合涂层中出现较多的Cr₃C₂和Cr₂₃C₆硬质相,同时磨痕表面生成了具有减摩作用的氧化产物,从而降低了磨耗和摩擦阻力,使涂层表现出最佳的耐磨性能。     

Cr12MoV钢表面激光熔覆多层Ni基合金涂层的组织及性能

使用脉冲Nd:YAG激光器在Cr12MoV模具钢表面熔覆了Ni20Cr和Ni60A多层Ni基合金耐磨涂层,并使用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪分析了涂层的物相和显微组织。同时运用显微维氏硬度计以及高速往复摩擦磨损试验机对比分析了涂层与基体的硬度及耐磨性。结果表明,采用Ni20Cr作为打底层的多层Ni基合金涂层,能有效改善涂层与基体的冶金结合,大大减少涂层中的裂纹、气孔等缺陷。涂层表面物相主要为g-(Fe, Ni)、FeNi₃、BNi₃、Cr₃C₂以及Ni-Cr-Fe;涂层底部至表面的组织为胞状树枝晶、柱状树枝晶、择优生长树枝晶以及等轴树枝晶。Ni60A涂层大大提高了Cr12MoV模具钢的表面硬度,涂层表面显微硬度最高可达到1000 HV0.2,是基体的1.6倍。Ni60A涂层耐磨损性能明显优于基体,较基体提高了2.0~3.3倍。在Cr12MoV模具钢表面激光熔覆多层Ni基合金涂层后,形成了Cr₃C₂、Ni-Cr-Fe等硬质相,可有效提高其表面的硬度和耐磨性,起到降低模具在使用过程中因摩擦磨损而报废的概率,从而进一步延长模具的使用寿命。     

Microstructural characterization and abrasive wear performance of HVOF sprayed Cr3C2–NiCr coating

Cr₃C₂–NiCr coatings were deposited by high velocity oxy-fuel (HVOF) process with different spray parameters to examine dominant microstructural factors in abrasive wear of the coatings. The microstructure of the HVOF sprayed Cr₃C₂–NiCr coatings was characterized by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy (TEM). The apparent average size and volume fraction of carbide particles in the coatings were estimated through a quantitative imaging analysis. The formation of carbide phases in the coating was discussed based on the TEM observation results. The abrasive wear behavior of the coating was evaluated by the dry rubber wheel abrasive wear test and the wear mechanisms were elucidated. Influences of apparent size and volume fraction of carbide particles on the abrasive wear weight loss were examined through correlating the proposed relation with the experimental results. Results showed that Cr₃C₂ particle size was significantly reduced after the spraying and Cr₇C₃ carbide was present around Cr₃C₂ particles, and Cr₂₃C₆ carbide was dispersed in NiCr alloy matrix with a nano-crystalline structure. The three carbides were formed in the coating through different mechanisms. The removal of carbide particles in the coating was mainly responsible for the abrasive wear of the coating. The content and particle size of the Cr₃C₂ carbides were the two key factors controlling the abrasive wear of the HVOF sprayed Cr₃C₂–NiCr coatings.     

PCrNi3Mo钢真空渗铬层的组织与性能

在真空条件下对PCrNi3Mo钢表面进行渗铬处理,采用X射线衍射、扫描电镜、光学显微镜、自动显微硬度仪、干滑动摩擦及电化学腐蚀等手段分析了渗铬层的组织与性能。结果表明,PCrNi3Mo钢在真空渗铬处理后表面形成了一层由Cr₂₃C₆、Cr₇C₃和(Cr,Fe)₇C₃组成的化合物渗层,渗层致密且与基体结合良好。渗层深度、硬度、耐磨性以及耐腐蚀性均随渗铬保温时间的延长而提高。对工件进行12 h保温渗铬后得到的渗铬层厚度约为11 μm,表面硬度为1117.1 HV0.5,磨擦因数最低,其磨损量为0.1225 mg,自腐蚀电流密度比基体降低了2个数量级,综合性能最优。     

球形碳化钨增强钴基堆焊涂层的组织及低温耐磨性

目的提升低温钢的摩擦磨损性能,为极地特殊船板的焊补和延寿技术提供试验依据。方法利用等离子转移弧技术,在低温钢E32表面堆焊制备3组球形不同碳化钨含量的钴基涂层,比较该改性涂层和E32钢在低温条件下(–20℃)的摩擦磨损性能。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪、3D光学轮廓仪等研究手段,分析碳化钨含量对堆焊层耐磨损性能和显微组织的影响规律,并揭示其耐磨损机理。结果在载荷为50 N、滑动速度为20 mm/s条件下,经2 h干滑动摩擦磨损后,3组涂层较低温钢E32的摩擦系数和体积磨损率均下降,磨痕的宽度和深度均变小。富含WC、W₂C增强相以及Cr₂₃C₆、Cr₇C₃、Co₆W₆C和Fe₆W₆C等碳化物硬质相的涂层,显著提升了E32钢的硬度和低温耐磨性。涂层的低温耐磨性能随着碳化钨含量的增大而提高,未添加碳化钨的涂层的主要磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损,当碳化钨的质量分数为30%和60%时,主要磨损机理为三体磨粒磨损。结论通过在E32钢表面进行等离子转移弧堆焊,得到了结构致密、高硬度和抗低温耐磨性的球形碳化钨增强钴基表面改性涂层,在一定程度上提升了低温钢的服役寿命。     

超声冲击处理提高超音速等离子喷涂Cr3C2-NiCr涂层性能

Cr₃C₂-NiCr涂层是中高温下理想的耐磨、抗氧化、耐蚀涂层,常用于高温下的燃气冲蚀磨损、磨粒磨损、微动磨损、硬表面磨损等场合.文中采用超音速等离子喷涂的方法在CuCrZr合金表面制备Cr₃C₂-NiCr涂层,并采用超声冲击的方法对涂层进行后处理.结果表明,经超声冲击处理后,涂层孔隙率由2.34%降低至1.83%;涂层的平均显微硬度由8.9 GPa提高至9.6 GPa,且硬度分布更均匀;在650℃下进行热震试验,涂层的热震寿命显著提高,热震裂纹的扩展路径也发生了变化.     

激光熔覆Al0.1CoCrFeNi高熵合金涂层的组织和性能

采用激光熔覆技术在H13钢表面制备了Al_0.1CoCrFeNi高熵合金涂层。结果表明,涂层具有单相FCC结构,涂层与基材结合处组织为柱状晶,其他区域为等轴晶;涂层截面显微硬度最高可达560.2 HV0.5,约为基体硬度的2.5倍。涂层表现出明显优于基材的抗热冲击性能。在600 ℃和800 ℃下分别循环50次后涂层均未产生裂纹,但是在1000 ℃高温下循环7次后,基体断裂,而涂层及涂层与基体结合处并没有明显的裂纹。涂层的摩擦因数和磨损率均低于基材,分析表明涂层以氧化磨损为主,而基材的磨损机理为氧化磨损伴随疲劳磨损的混合机制。     

Laser cladding of stainless steel with Ni–Cr3C2 and Ni–WC for improving erosive–corrosive wear performance

The microstructure and the erosive–corrosive wear (ECW) performance of laser-clad Ni–Cr₃C₂ and Ni–WC coatings with overlapping clad tracks (OCT) on a 0.2% C martensitic stainless steel were investigated by scanning electron microscopy (SEM), XRD, EDX techniques and ECW testing. The coating produced by completely dissolving Cr₃C₂ particles in laser melted pool is composed of austenite (γ) dendrites surrounded by a γ-M₇C₃ eutectic, whereas another one is of granular solidifying structure in which contains the incompletely dissolved WC particles. The microhardness of Ni–WC coating is higher than that of Ni–Cr₃C₂, about 300 HV average. The main reason of microhardness difference is that two coatings have different solidified structure. The comparison of ECW tests found that the reduction of ECW rate dose not occur with the increase of hardness. The Ni–Cr₃C₂ coating with lower hardness has a lower ECW rate with respect to the Ni–WC one. Both average ECW rate decreased by approximately 30% and 60% as compared to that of stainless steel substrate, and both coatings had different ECW mechanism. The increase of ECW resistance is closely related to structure state, kind and amount of carbides, microhardness and toughening ability of the clad layer.     

NiCrBSi超音速火焰喷涂层在不同温度下的磨损行为

采用超音速火焰喷涂在铸铁表面制备了NiCrBSi喷涂涂层,以研究其在不同温度下的摩擦磨损行为. 采用pin-on-disc试验设备在室温和300 ℃下对NiCrBSi涂层进行了摩擦磨损试验,分析了温度对NiCrBSi涂层摩擦系数和磨损率的影响规律;采用XRD和SEM对NiCrBSi喷涂态涂层进行了微观组织结构分析;通过SEM对涂层磨损样品的表面和截面进行了微观组织观察,探索涂层在不同温度下的磨损机制. 结果表明,NiCrBSi涂层结构致密,具有典型的喷涂层状结构,主要由γ-Ni相、Cr₇C₃相、Ni₃B相和CrB相组成;孔隙率为1.11%,硬度为742 HV0.1 ± 24 HV0.1. NiCrBSi涂层在室温下发生明显的粘滑现象,随着试验温度的升高,涂层的摩擦系数降低;升高的试验温度导致涂层硬度降低,涂层磨损率升高,耐磨性能下降. 涂层在室温及300 ℃下的磨损机制由磨粒磨损和疲劳磨损组成,随着温度的升高,磨粒磨损越加严重.