等离子熔覆WC增强铁基涂层组织及性能研究

发布时间：2020-08-01 13:34

【摘要】：WC颗粒具有熔点高、硬度高的优点,具有良好的耐磨抗力,以WC作为强化相制备金属基涂层克服了粘结金属耐磨性较差、硬度不足和WC粘结韧性上的缺点,WC强化金属基涂层在切削刀具、耐火材料、耐磨部件及航空航天等领域有着广泛的应用前景。等离子熔覆技术凭借其具有优良的表面强化效果、简单灵活的工艺操作和低廉的加工成本等优点,在工业生产中得到了广泛的应用,而且经过多年的研究已逐渐发展成熟。采用等离子熔覆技术,在钢铁表面制备陶瓷增强的金属基复合涂层,可以使材料表面硬度和耐磨性等性能得到大大改善,使材料的寿命得到延长,生产成本和材料得到节省。本文在选取合适的工艺参数下通过等离子熔覆技术制备了 WC含量分别为15%、30%、45%、55%的铁基WC增强等离子熔覆层,研究了稀土氧化物Y203对WC增强铁基复合涂层性能的影响,在30%WC增强铁基复合涂层中分别添加0.3%、0.6%、1.5%、2.5%、3.5%的Y2O3,借助电子探针、扫描电镜、XRD射线衍射仪等测试仪器,研究了等离子熔覆层的显微组织、涂层的相结构和不同区域的组织特征,利用显微硬度测试仪对等离子熔覆层的截面进行硬度测试,采用多功能摩擦磨损试验机对涂层表面进行滑动磨损测试。研究结果表明:(1)在复合涂层与基体二者之间呈现良好的冶金结合,在涂层熔合区出现一条宽约为4μm的平面结晶带,结合区晶粒呈平面晶、胞状品、树枝晶趋势生长。涂层成型性连续较为美观,强化相镶嵌在粘结金属中,组织较为均匀。随着涂层中WC含量的增加,强化相形状发生变化,呈现由块状转为十字花状趋势。(2)熔覆过程中存在大量的WC溶解,涂层中的主要物相是马氏体相、α-(Fe-Cr)、WC和Cr23C6。当WC含量为45%时涂层中有富铁相Fe3W3C出现,Fe3W3C一方面在未熔WC或初生WC颗粒周围析出,另一方面可以独立形核形成,WC含量为55%的涂层富铁相Fe3W3C含量增多。(3)涂层的硬度随着WC含量的增加而明显提高,当WC的含量为55%时涂层的平均硬度最高,平均硬度达到了 1165HV。涂层的摩擦系数随着WC含量的增加而呈现增加的趋势,当WC含量为55%时,WC-Fe复合涂层的磨损体积最小,耐磨性能最佳。(4)在添加Y203的复合涂层中,Y203在熔池内发生了分解,Y与Fe以Fe17Y2的形式存在。涂层中主要含有马氏体相、α-(Fe-Cr)、WC、Cr23C6和Fe17Y2。随着涂层中Y203添加量的增多,涂层中的WC呈现向日葵状、小块状、放射的花蕊状和十字状。(5)适量的Y2O3的加入能够细化涂层中WC和晶粒尺寸,使WC的分布更加均匀。当Y2O3的含量为1.5%时,WC颗粒尺寸最小;过量Y2O3的加入会使涂层中WC和晶粒尺寸增加。适量Y2O3的加入能够降低涂层磨损体积,提高涂层磨损性能,当Y2O3的含量为0.6%的时候涂层磨损体积最小,随后Y2O3添加量继续增加,涂层磨损量会开始增加。
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4
【图文】：

等离子,熔覆,原理,示意图

硕士学位论文子熔覆技术的概念与原理逡逑溶覆技术（Ｐｌａｓｍａ邋Ｓｐｒａｙ邋Ｗｅｌｄｉｎｇ）是在等离子堆焊、喷焊和激光现已成为一种很有发展潜力的金属表面改性新技术，利用等离装置引入的合金粉末或事先加入粘结剂的预置粉末，与金属基熔覆过程氩气、氦气等惰性气体的通入，不仅可以使熔融的粉的动能去撞击基体表面，使熔融的粉末颗粒与基体表面发生强烈性气体可防止处于飞行中熔融的颗粒产生氧化现象，对熔覆过程态的粒子在熔池中冷却凝固沉积在基体表面形成涂层＋６１。其原

晶体结构

图１．２邋ＷＣ晶体结构图逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋ＷＣ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑模量高，而且在较高的温度仍能保持的润湿性［２３，２４］。此外，在合金中添加时ＷＣ能够和Ｎｉ，Ｃｒ，邋Ｆｅ等合金元高的硬度，常常在粘结相中分布比较料中添加ＷＣ作为强化相，这样ＷＣ大大提高涂层耐磨性。逡逑用逡逑覆技术所表现出来的出色工艺特点，主用：水泵中受水流腐蚀较强部位，利等基体表面熔覆具有优良抗腐蚀性能使用性能，使工件的寿命得到大大的

微观形貌,合金粉末,自熔性合金粉末,实验材料

实验材料设备及方法逡逑２．２显示了实验所用的镍包ＷＣ颗粒的在ＳＥＭ下的微观形貌和能谱结果。逡逑Ｍ逡逑图２．１Ｆｅ６０自熔性合金粉末逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｆｅ６０邋ｆｌｕｘｅｄ邋ａｌｌｏｙ邋ｐｏｗｄｅｒ逡逑＾ｉ＾ｆｅ＾＾ｉｉｉｉｉｉｉｉｉ逦．．邋．ｇ．．．．．．．．．ｇ．．．邋．ｇ．逡逑１逦６０ｙｒｎ逦＊邋电子ＳＳ５ｉ邋１逡逑图２．２镍包ｗｃ合金粉末逡逑Ｆｉｇ．２．２ＷＣ邋ａｌｌ

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