超音速激光沉积WC/Ni60复合涂层组织与耐磨损性能研究

摘要

45#钢具有良好的结构功能一体特性，经济适用，被广泛应用于轴类零件和机械制造行业中。但该材料强度低，易磨损失效。应用表面工程技术可改善和优化其表面耐磨和耐疲劳等性能，并可提高零件使用寿命，实现零件失效再制造。 本文采用超音速激光沉积技术（SLD），在45#钢表面合成不同WC含量的Ni60复合涂层。采用金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和能谱仪（EDS）等对合金粉末和涂层试样的显微组织、物相成分和界面结构进行分析，研究了WC对涂层组织结构的影响和复合涂层界面结合机理。通过测试显微硬度和摩擦磨损试验，研究了WC对涂层磨损的影响，并分析讨论了磨损机制，结果表明： （1）采用SLD制备的Ni60和WC/Ni60复合涂层，除分布有少量孔洞和凹坑外，致密性较好。随着WC含量的增加，孔洞和凹坑有增加的趋势，孔隙率也随之增加，当WC添加量增加至20%附近时效果理想。 （2）WC/Ni60 复合涂层主要物相是 Cr7C3、Cr23C6、FeNi和WC，添加的WC以树枝状晶体均匀分布在整个基体中。SLD沉积过程主要涉及喷涂颗粒的物理积累，未对涂层产生明显的致热影响，WC/Ni60复合涂层基本保持了喷涂颗粒原有成分，界面呈波浪形，界面结合机理为机械结合和冶金结合共存。 （3）WC/Ni60 复合涂层的显微硬度明显高于基体，从基体内部到涂层表层呈现增加趋势，且随着WC含量的增大而逐渐增大。当WC含量为30%时，复合涂层的硬度最高，达到845HV0.2，平均显微硬度为809.1HV0.2。 （4）SLD涂层摩擦系数在0.275~0.375之间变化，且随WC含量的增加而减小。当WC含量为30%时，摩擦系数最低，涂层经历30 min摩擦后磨损量为0.69 mg，表现出良好的耐磨性能。 （5）未添加WC的Ni60涂层磨损表面存在轻微犁沟，隆起、凹陷等塑性变形和氧化膜剥落，磨损机制为磨粒磨损。10%WC/Ni60涂层磨损形貌与Ni60涂层相似，但表面氧化膜剥落严重，磨损加剧，磨损机制主要为磨粒磨损和氧化磨损。20%WC/Ni60涂层表面犁沟较细较浅，涂层表面的氧化膜仅发生局部区域的损伤，并未发生严重的氧化膜剥落现象，磨损机制为氧化磨损。30%WC/Ni60涂层细微犁沟增多，且存在大量块状氧化膜剥落坑和少量磨件粘结物，磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损并存。

目录

声明

第1章 绪论

1.1引言

1.2表面工程技术

1.3涂层粉末材料体系

1.4超音速激光沉积技术

1.5选题背景、意义及研究内容

第2章 实验材料、设备和方法

2.1实验材料

2.2实验设备

2.3试验方案

2.4分析方法

第3章 WC/Ni60复合涂层组织及界面结合机理

3.1 WC/Ni60复合涂层组织结构

3.2 WC/Ni60复合涂层物相及成分

3.3 WC/Ni60复合涂层界面结合机理

3.4本章小结

第4章 WC/Ni60复合涂层的耐磨损性能研究

4.1 WC/Ni60复合涂层显微硬度

4.2 WC/Ni60复合涂层磨损性能

4.3本章小结

结论

参考文献

致谢

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