热处理对激光熔覆γ-（Ni,Fe）/CrB/hBN自润滑耐磨复合涂层力学性能的影响
发布时间：2021-01-15 21:59
以Ni60-h BN复合粉末为原料,采用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备自润滑耐磨复合涂层,将复合涂层在600℃下分别保温1 h和2 h以研究热处理对该复合涂层力学性能的影响,分析了热处理前后涂层的组织结构、硬度、纳米压痕和摩擦学性能的变化及其机理。结果表明:未经热处理涂层的显微硬度和γ-（Ni,Fe）固溶体的硬度分别为641.1 HV0.5和5.09 GPa,而经过1 h和2 h热处理涂层的显微硬度和γ-（Ni,Fe）固溶体的硬度分别为701.2 HV0.5、7.20 GPa和652.4 HV0.5、3.77 GPa。热处理1 h涂层的摩擦系数为0.4,磨损体积为0.0130 mm3,相对未做热处理以及热处理2 h涂层具有较好的耐磨减摩性能,Si3N4对磨球表面光滑,无明显塑性变形,磨损机理为轻微磨粒磨损。
【文章来源】：材料热处理学报. 2015,36(12)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
涂层截面SEM显微图(a)及不同涂层XRD图谱(b)
下面的纳米压痕分析部分会详细说明。2.3纳米硬度与弹性模量分析纳米压痕可直观地反映涂层中物相的纳米硬度及弹性模量，可以更好地帮助分析涂层的力学性能。涂层中主要物相为γ-(Ni，Fe)固溶体、CrB和hBN。图4为不同时长热处理后各涂层纳米压痕照片(OM)，可见黑色固体润滑颗粒hBN，粒径远小于压痕的尺寸，在纳米压痕测试中可以忽略不计。而CrB作为陶瓷硬质相，具有较高的硬度，受热处理的影响较校γ-(Ni，Fe)固溶体经过热处理之后硬度发生了较大变化，这是N2涂层相对于N1涂层硬度降低的主要原因，具体分析如下。图2涂层各区域EDS图Fig．2EDSanalysisofdifferentareas(a)substrate;(b)rod-shapedphases;(c)blackparticles图5为不同时长热处理涂层物相的纳米压痕曲线，经计算后陶瓷硬质相CrB的纳米硬度最高，为20.31GPa。N0涂层中γ-(Ni，Fe)固溶体的硬度为5.09GPa，而N1和N2涂层中γ-(Ni，Fe)固溶体的硬度分别为7.20GPa和3.77GPa，可见N1涂层中γ-(Ni，Fe)固溶体的硬度相对于N0涂层明显提高，结合图3(a，b)分析认为:这是因为γ-(Ni，Fe)固溶体在经过热处理之后晶粒细化，其力学性能有所提升所致。而N2涂层中γ-(Ni，Fe)固溶体的硬度低于N0和N1涂层，原因为激光熔覆是一个快速熔化和凝固的过程，在经过2h高温热处理之后，涂层的晶格畸变程度减轻、残余应力降低所致。图6为不同时长热处理后各涂层的纳米硬度平均值。可见随着热处理时长的变化，纳米硬度的变化趋势与显微硬度相似，即先增后减。图7为不同时长热处理后各涂层的弹性模量平均值，可见N0、N1和N2涂层的弹性模量分别为213GPa、227GPa和225GPa。结果表明:经过热处理之后的N1和N2涂层的弹性模量比没有进行热处理的N0涂层略有增加，这是因为经过热处理后，涂层中有更
材料热处理学报第36卷图3不同时长热处理涂层的组织照片(OM)Fig．3Microstructureofthecompositecoatingsafterheattreatmentat600℃fordifferenttime(a，b)0h;(c，d)1h;(e，f)2h图4不同时长热处理涂层纳米压痕光镜照片Fig．4Opticalimagesofthenano-indentationsonthecoatingsafterheattreatmentat600℃fordifferenttime(a)0h;(b)1h;(c)2h图5不同时长热处理涂层物相的纳米压痕曲线图Fig．5Load-depthcurvesofnanoindentationofthedifferentcoatings图6不同时长热处理各涂层的纳米硬度Fig．6Averagenano-hardnessofthecoatingsafterheattreatmentfordifferenttime232
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光熔覆304不锈钢涂层的组织及耐蚀性[J]. 徐鹏,董梁,鞠恒,林成新,周超玉. 材料热处理学报. 2014(S1)
[2]奥氏体不锈钢激光熔覆镍基复合涂层高温磨损行为[J]. 何祥明,刘秀波,杨茂盛,石世宏,王明娣,傅戈雁. 中国激光. 2011(09)
[3]激光熔覆耐磨涂层的研究进展[J]. 陈浩,潘春旭,潘邻,陶锡麒. 金属热处理. 2002(09)
[4]合金化与形变热处理对铜合金弹性模量的影响[J]. 熊惟皓,刘锦文. 华中理工大学学报. 1998(S1)
本文编号：2979585
【文章来源】：材料热处理学报. 2015,36(12)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
涂层截面SEM显微图(a)及不同涂层XRD图谱(b)
下面的纳米压痕分析部分会详细说明。2.3纳米硬度与弹性模量分析纳米压痕可直观地反映涂层中物相的纳米硬度及弹性模量，可以更好地帮助分析涂层的力学性能。涂层中主要物相为γ-(Ni，Fe)固溶体、CrB和hBN。图4为不同时长热处理后各涂层纳米压痕照片(OM)，可见黑色固体润滑颗粒hBN，粒径远小于压痕的尺寸，在纳米压痕测试中可以忽略不计。而CrB作为陶瓷硬质相，具有较高的硬度，受热处理的影响较校γ-(Ni，Fe)固溶体经过热处理之后硬度发生了较大变化，这是N2涂层相对于N1涂层硬度降低的主要原因，具体分析如下。图2涂层各区域EDS图Fig．2EDSanalysisofdifferentareas(a)substrate;(b)rod-shapedphases;(c)blackparticles图5为不同时长热处理涂层物相的纳米压痕曲线，经计算后陶瓷硬质相CrB的纳米硬度最高，为20.31GPa。N0涂层中γ-(Ni，Fe)固溶体的硬度为5.09GPa，而N1和N2涂层中γ-(Ni，Fe)固溶体的硬度分别为7.20GPa和3.77GPa，可见N1涂层中γ-(Ni，Fe)固溶体的硬度相对于N0涂层明显提高，结合图3(a，b)分析认为:这是因为γ-(Ni，Fe)固溶体在经过热处理之后晶粒细化，其力学性能有所提升所致。而N2涂层中γ-(Ni，Fe)固溶体的硬度低于N0和N1涂层，原因为激光熔覆是一个快速熔化和凝固的过程，在经过2h高温热处理之后，涂层的晶格畸变程度减轻、残余应力降低所致。图6为不同时长热处理后各涂层的纳米硬度平均值。可见随着热处理时长的变化，纳米硬度的变化趋势与显微硬度相似，即先增后减。图7为不同时长热处理后各涂层的弹性模量平均值，可见N0、N1和N2涂层的弹性模量分别为213GPa、227GPa和225GPa。结果表明:经过热处理之后的N1和N2涂层的弹性模量比没有进行热处理的N0涂层略有增加，这是因为经过热处理后，涂层中有更
材料热处理学报第36卷图3不同时长热处理涂层的组织照片(OM)Fig．3Microstructureofthecompositecoatingsafterheattreatmentat600℃fordifferenttime(a，b)0h;(c，d)1h;(e，f)2h图4不同时长热处理涂层纳米压痕光镜照片Fig．4Opticalimagesofthenano-indentationsonthecoatingsafterheattreatmentat600℃fordifferenttime(a)0h;(b)1h;(c)2h图5不同时长热处理涂层物相的纳米压痕曲线图Fig．5Load-depthcurvesofnanoindentationofthedifferentcoatings图6不同时长热处理各涂层的纳米硬度Fig．6Averagenano-hardnessofthecoatingsafterheattreatmentfordifferenttime232
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光熔覆304不锈钢涂层的组织及耐蚀性[J]. 徐鹏,董梁,鞠恒,林成新,周超玉. 材料热处理学报. 2014(S1)
[2]奥氏体不锈钢激光熔覆镍基复合涂层高温磨损行为[J]. 何祥明,刘秀波,杨茂盛,石世宏,王明娣,傅戈雁. 中国激光. 2011(09)
[3]激光熔覆耐磨涂层的研究进展[J]. 陈浩,潘春旭,潘邻,陶锡麒. 金属热处理. 2002(09)
[4]合金化与形变热处理对铜合金弹性模量的影响[J]. 熊惟皓,刘锦文. 华中理工大学学报. 1998(S1)
本文编号：2979585
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