感应熔覆TiC改性Ni基复合覆层研究

发布时间：2020-08-06 13:47

【摘要】：模具常常在高温、高压、腐蚀等特殊环境下工作,因此磨损、腐蚀和疲劳失效是影响模具寿命的重要因素。由于失效多发生于模具表面,常常采用表面工程技术来提高模具表面性能进而延长模具的使用寿命。采用高频感应熔覆技术在模具表面制备颗粒增强Ni基复合覆层具有加热效率高、污染少、成本低等优点。目前,通过感应熔覆技术制备金属陶瓷覆层一般都采用与Ni浸润性好且电阻率较低的WC和Cr_3C_2等作为增强相,而采用TiC作为增强相的几乎没有。TiC作为一种理想的陶瓷增强相具有优异的机械性能与化学性能,但是使用感应熔覆制备TiC增强Ni基合金时仍然存在一些技术难点,如TiC颗粒与Ni基合金之间的浸润性差及Ti C陶瓷颗粒电阻率高导致感应加热效率低下等。因此,研究通过化学镀Ni包覆Ti C颗粒来改善浸润性差及电阻率高的问题,以及通过陶瓷颗粒增强金属基复合涂层改善材料的表面性能,具有重要的实际应用价值和探索意义。本文通过化学镀的方法制备了Ni包TiC颗粒,并采用感应熔覆技术在H13钢表面制备了纯Ni60涂层及Ni包TiC+Ni60涂层。利用X射线衍射仪、场发射扫描电镜和能谱仪分析了涂层物相和微观组织结构,利用显微硬度仪测定了涂层表面硬度,通过熔蚀试验和热疲劳试验分析了涂层抗铝液、抗铜液熔蚀能力和抗热疲劳性能。结果表明:(1)采用化学镀的方法在Ti C表面包覆了完整致密的Ni-P合金镀层,镀层厚度为1.2μm。经过包覆的Ti C与涂层中的Ni基合金之间的浸润性有所提高,同时通过包覆金属Ni使TiC颗粒的电阻率下降,有效提高了涂层感应加热的效率。(2)最佳熔覆工艺为:使用水玻璃作为粘结剂,涂敷涂层厚度1.0mm,先在200A电流下预热20s后,再在800A电流下加热15s,自然冷却后即得涂层。(3)纯Ni60涂层主要由γ-(Fe,Ni)、Cr_7C_3、Ni_3Si、Cr B组成,涂层中分布着一些针条状、块状组织。添加TiC之后涂层的电阻率上升,导致涂层受热不充分,Ti C+Ni60涂层未形成良好覆层。Ni包TiC+Ni60涂层主要由γ-(Fe,Ni)、Cr_(23)C_6、Ni_3Si、TiC组成,涂层主要由致密的共晶组织及硬质增强相组成。Ni60涂层和Ni包TiC+Ni60涂层的表面硬度分别为839.6HV、982.90HV,均比H13钢基体的硬度367.08HV提升了许多。(4)1h铝液熔蚀试验后,Ni60涂层和Ni包Ti C+Ni60涂层均表现出了优异的抗铝液腐蚀能力,涂层良好隔绝了铝液和基体的直接接触,提高了H13钢基体的抗铝液熔损能力。1h铜液熔蚀试验后,Ni包Ti C+Ni60涂层的抗铜液腐蚀能力优异,被腐蚀区厚度20μm;Ni60涂层和H13钢基体在铜液的腐蚀下表面均出现凹坑,被腐蚀区厚度50μm。(5)经受900次冷热循环的冲击之后,基体H13、Ni60涂层、Ni包TiC+Ni60涂层均出现一定程度的热疲劳失效。H13钢基体热疲劳的失效形式为表面层片状脱落,Ni60涂层热疲劳的失效形式为表面应力作用下的裂纹萌生及长大,Ni包TiC+Ni60涂层热疲劳的失效形式为第二相夹杂相Ti C处产生应力集中导致裂纹萌生及长大。
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4

【参考文献】