激光熔覆Cu包SiC p /Ni35覆层组织及磨损性能
发布时间：2021-08-14 09:43
目的研究Cu包SiCp/Ni35激光熔覆层的显微组织、物相及其在25℃和600℃下的摩擦机理。方法采用化学镀的方法在SiCp表面包覆一层Cu,并用激光熔覆的方法在H13钢表面制备了Cu包SiCp增强Ni35熔覆层。用XRD、OM、SEM和EDS对熔覆层的物相、组织和成分进行了分析,用显微硬度计测试了熔覆层的显微硬度,用高温磨损试验机测试了熔覆层在常温、高温下的耐磨性能。结果熔覆层由基相γ-Ni（Fe）固溶体、增强相M7C3以及硼化物、硅化物和石墨构成。熔覆层的显微硬度和常温摩擦性能较H13钢显著提高,而其高温摩擦性能较H13钢基体提高较少。结论 SiCp化学包覆Cu能减缓激光熔覆过程中SiCp的分解,但分解速度还是过快。常温磨损时,高硬度碳化物和硅化物的覆层提高了材料的耐磨性能。高温下模具钢表面形成致密的氧化物薄膜,起到减磨降摩的作用,而高温下覆层无法形成致密氧化膜,导致其耐磨性能弱于常温。
【文章来源】：表面技术. 2017,46(12)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
化学镀铜包覆SiC粉体Fig.1Cu-coatedSiCppowderpreparedbyeletrolessplating:a)cross-sectionalmetallographicphase,b)surfaceSEMimage,c)EDSspectrum
本叮?mm；L为磨痕周长，mm；b为磨痕宽度，mm。采用X’pertPROMPD型X射线衍射仪对熔覆层及磨痕进行物相检测，用AxioScopeA1（CarlZeiss）型光学显微镜对熔覆层及磨痕形貌进行观察，并测量磨痕宽度b。用FEI场发射扫描电子显微镜对熔覆层及磨痕的微观组织进行观察，并用其附带的能谱仪进行成分分析。用安佑特HV-1000型显微硬度仪测试熔覆层表面、磨损后磨痕区和非磨痕区、熔覆层截面的硬度，载荷0.5kg，保压时间10s，以相同间隔在表面上测5个点，取其平均值，压痕间距保持0.1mm。2试验结果与分析2.1熔覆层物相分析图2为激光熔覆层的XRD图谱。由图可知，熔覆层的主要物相有5种，分别为γ-Ni(Fe)、镍的硅化物（Ni31Si12）、M7C3型碳化物、铁的硼化物（Fe2B）、镍的硼化物（Ni2B）和铜的硅化物（Cu0.83Si0.17）。熔覆层中并没有发现SiC，说明化学镀铜没能阻止SiC的分解。图2熔覆层表面的XRD图谱Fig.2XRDpatternofcladcoatingsurface2.2熔覆层显微组织分析图3为熔覆层的截面光学形貌。由图3a可以观察到熔覆层几乎没有气孔和裂纹，熔覆层与基体间呈现白亮带且不平直，这说明熔覆层与基体之间发生了元素扩散，使其呈现了冶金结合。图3b显示熔覆层中上部呈现等轴状枝晶，且出现了球状析出物。从熔覆层底部（图3c）可以看出，在界面处存在白亮的平面晶，靠近平面晶处的为细小枝丫胞状晶，再向外为杂乱大小不一的条状和块状组织。图4为高熔覆速度（4mm/s）下制备的Cu包SiCp+Ni35熔覆层的截面光学形貌。与图3不同的是，有多个直径约为40μm的球状夹杂物出现在该熔覆层中，其尺寸、形貌及EDS结果（55.59%Si、44.41%C，原子数分数）表明其为未反应的SiC颗粒。高的熔覆速度虽然能获得未完全反应?
截面的硬度，载荷0.5kg，保压时间10s，以相同间隔在表面上测5个点，取其平均值，压痕间距保持0.1mm。2试验结果与分析2.1熔覆层物相分析图2为激光熔覆层的XRD图谱。由图可知，熔覆层的主要物相有5种，分别为γ-Ni(Fe)、镍的硅化物（Ni31Si12）、M7C3型碳化物、铁的硼化物（Fe2B）、镍的硼化物（Ni2B）和铜的硅化物（Cu0.83Si0.17）。熔覆层中并没有发现SiC，说明化学镀铜没能阻止SiC的分解。图2熔覆层表面的XRD图谱Fig.2XRDpatternofcladcoatingsurface2.2熔覆层显微组织分析图3为熔覆层的截面光学形貌。由图3a可以观察到熔覆层几乎没有气孔和裂纹，熔覆层与基体间呈现白亮带且不平直，这说明熔覆层与基体之间发生了元素扩散，使其呈现了冶金结合。图3b显示熔覆层中上部呈现等轴状枝晶，且出现了球状析出物。从熔覆层底部（图3c）可以看出，在界面处存在白亮的平面晶，靠近平面晶处的为细小枝丫胞状晶，再向外为杂乱大小不一的条状和块状组织。图4为高熔覆速度（4mm/s）下制备的Cu包SiCp+Ni35熔覆层的截面光学形貌。与图3不同的是，有多个直径约为40μm的球状夹杂物出现在该熔覆层中，其尺寸、形貌及EDS结果（55.59%Si、44.41%C，原子数分数）表明其为未反应的SiC颗粒。高的熔覆速度虽然能获得未完全反应的SiC颗粒，但是熔覆层质量欠佳。图5为熔覆层中部的SEM及能谱结果。从图5a中可以观察到熔覆层中部的主要组织为深灰色条状或块状组织1、灰色基相2和黑色球状组织3。EDS能谱结果表明：条状或块状组织1主要为富铬型碳化物，对应XRD结果中的M7C3相；灰色基相2主要为Ni的固溶体，并且含有Si和Fe，对应XRD结果中的γ-Ni(Fe)和共晶硅化物Ni31Si12、Cu0.83Si0.1
【参考文献】：
期刊论文
[1]等离子堆焊镍包SiCp增强钴基覆层的组织分析[J]. 潘成刚,肖琴,杨虎群,马文超,常庆明,王华昌. 特种铸造及有色合金. 2016(08)
[2]等离子堆焊镍包碳化硅增强镍基层的组织及磨损性能[J]. 周雪,何鹏,潘成刚,邹隽,黄尚宇,胡建华,李友成,王华昌,程旭东. 材料保护. 2014(12)
[3]5CrNiMo 钢在高温磨损中的动态氧化行为[J]. 揭晓华,毛志远. 浙江大学学报(自然科学版). 1998(06)
博士论文
[1]激光熔覆层裂纹控制方法与实践[D]. 毛怀东.天津大学 2007
本文编号：3342233
【文章来源】：表面技术. 2017,46(12)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
化学镀铜包覆SiC粉体Fig.1Cu-coatedSiCppowderpreparedbyeletrolessplating:a)cross-sectionalmetallographicphase,b)surfaceSEMimage,c)EDSspectrum
本叮?mm；L为磨痕周长，mm；b为磨痕宽度，mm。采用X’pertPROMPD型X射线衍射仪对熔覆层及磨痕进行物相检测，用AxioScopeA1（CarlZeiss）型光学显微镜对熔覆层及磨痕形貌进行观察，并测量磨痕宽度b。用FEI场发射扫描电子显微镜对熔覆层及磨痕的微观组织进行观察，并用其附带的能谱仪进行成分分析。用安佑特HV-1000型显微硬度仪测试熔覆层表面、磨损后磨痕区和非磨痕区、熔覆层截面的硬度，载荷0.5kg，保压时间10s，以相同间隔在表面上测5个点，取其平均值，压痕间距保持0.1mm。2试验结果与分析2.1熔覆层物相分析图2为激光熔覆层的XRD图谱。由图可知，熔覆层的主要物相有5种，分别为γ-Ni(Fe)、镍的硅化物（Ni31Si12）、M7C3型碳化物、铁的硼化物（Fe2B）、镍的硼化物（Ni2B）和铜的硅化物（Cu0.83Si0.17）。熔覆层中并没有发现SiC，说明化学镀铜没能阻止SiC的分解。图2熔覆层表面的XRD图谱Fig.2XRDpatternofcladcoatingsurface2.2熔覆层显微组织分析图3为熔覆层的截面光学形貌。由图3a可以观察到熔覆层几乎没有气孔和裂纹，熔覆层与基体间呈现白亮带且不平直，这说明熔覆层与基体之间发生了元素扩散，使其呈现了冶金结合。图3b显示熔覆层中上部呈现等轴状枝晶，且出现了球状析出物。从熔覆层底部（图3c）可以看出，在界面处存在白亮的平面晶，靠近平面晶处的为细小枝丫胞状晶，再向外为杂乱大小不一的条状和块状组织。图4为高熔覆速度（4mm/s）下制备的Cu包SiCp+Ni35熔覆层的截面光学形貌。与图3不同的是，有多个直径约为40μm的球状夹杂物出现在该熔覆层中，其尺寸、形貌及EDS结果（55.59%Si、44.41%C，原子数分数）表明其为未反应的SiC颗粒。高的熔覆速度虽然能获得未完全反应?
截面的硬度，载荷0.5kg，保压时间10s，以相同间隔在表面上测5个点，取其平均值，压痕间距保持0.1mm。2试验结果与分析2.1熔覆层物相分析图2为激光熔覆层的XRD图谱。由图可知，熔覆层的主要物相有5种，分别为γ-Ni(Fe)、镍的硅化物（Ni31Si12）、M7C3型碳化物、铁的硼化物（Fe2B）、镍的硼化物（Ni2B）和铜的硅化物（Cu0.83Si0.17）。熔覆层中并没有发现SiC，说明化学镀铜没能阻止SiC的分解。图2熔覆层表面的XRD图谱Fig.2XRDpatternofcladcoatingsurface2.2熔覆层显微组织分析图3为熔覆层的截面光学形貌。由图3a可以观察到熔覆层几乎没有气孔和裂纹，熔覆层与基体间呈现白亮带且不平直，这说明熔覆层与基体之间发生了元素扩散，使其呈现了冶金结合。图3b显示熔覆层中上部呈现等轴状枝晶，且出现了球状析出物。从熔覆层底部（图3c）可以看出，在界面处存在白亮的平面晶，靠近平面晶处的为细小枝丫胞状晶，再向外为杂乱大小不一的条状和块状组织。图4为高熔覆速度（4mm/s）下制备的Cu包SiCp+Ni35熔覆层的截面光学形貌。与图3不同的是，有多个直径约为40μm的球状夹杂物出现在该熔覆层中，其尺寸、形貌及EDS结果（55.59%Si、44.41%C，原子数分数）表明其为未反应的SiC颗粒。高的熔覆速度虽然能获得未完全反应的SiC颗粒，但是熔覆层质量欠佳。图5为熔覆层中部的SEM及能谱结果。从图5a中可以观察到熔覆层中部的主要组织为深灰色条状或块状组织1、灰色基相2和黑色球状组织3。EDS能谱结果表明：条状或块状组织1主要为富铬型碳化物，对应XRD结果中的M7C3相；灰色基相2主要为Ni的固溶体，并且含有Si和Fe，对应XRD结果中的γ-Ni(Fe)和共晶硅化物Ni31Si12、Cu0.83Si0.1
【参考文献】：
期刊论文
[1]等离子堆焊镍包SiCp增强钴基覆层的组织分析[J]. 潘成刚,肖琴,杨虎群,马文超,常庆明,王华昌. 特种铸造及有色合金. 2016(08)
[2]等离子堆焊镍包碳化硅增强镍基层的组织及磨损性能[J]. 周雪,何鹏,潘成刚,邹隽,黄尚宇,胡建华,李友成,王华昌,程旭东. 材料保护. 2014(12)
[3]5CrNiMo 钢在高温磨损中的动态氧化行为[J]. 揭晓华,毛志远. 浙江大学学报(自然科学版). 1998(06)
博士论文
[1]激光熔覆层裂纹控制方法与实践[D]. 毛怀东.天津大学 2007
本文编号：3342233
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