氩弧熔覆原位合成WCp增强铁基涂层组织与耐磨性

摘要

原位自生金属基复合材料因具有高比强度，与基体有良好的润湿性和结合强度，已成为国内外研究的热点。本文选用廉价的钨铁和石墨作为原位合成 WC的钨源和碳源，采用氩弧焊方法在Q235钢表面熔覆一层性能优良的耐磨涂层。同时借助光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、洛氏硬度计、显微硬度计以及磨粒磨损试验机等实验仪器，研究了C/W、Si、Mn、外加WC粉末以及预烧结处理对氩弧熔覆原位制备 WC颗粒增强涂层组织与性能的影响。研究结果表明：
　　(1)当 C/W小于1:1时，涂层中未发现 WC颗粒，涂层中的碳化物主要以Fe3W3C等为主。当C/W为1.25:1时，涂层中开始生成WC。而当C/W为1.5:1时，涂层中的WC含量增加，且分布较为均匀，此时涂层的耐磨性达到最佳。
　　(2)合金元素Si对涂层组织和性能有显著影响。随着硅含量的增加，碳原子聚集倾向增大，致使涂层中形成多个富碳区域，提高 WC的形核率。当硅含量为5％时，WC分布较均匀，对基体构成了良好的阴影保护效果。其相对耐磨性达到最高，是基体的58倍左右。而合金元素Mn对涂层的组织没有显著影响，但对涂层的性能有明显作用。随着锰含量的增加，涂层硬度增加，而涂层的耐磨性则呈先升高后下降的变化规律。
　　(3)外加WC粉末作为非均匀形核的形核基底，大大增加了原位合成WC的形核率。当外加WC含量达到5％时，原位合成的WC均匀分布在涂层中，其耐磨达到最佳。而钨铁与石墨经过预烧结后，钨铁表面吸附有大量的石墨，从而使得存在多个富碳区域。在电弧反应过程中，涂层中生成了大量的 WC颗粒且均匀分布于涂层中上部，涂层耐磨性大大提高。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 表面强化技术的研究现状

1.3 原位合成WC颗粒增强涂层的研究概述

1.4 本课题研究意义和内容

第2章 实验材料及实验方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

第3章 C/W对涂层组织和性能的影响

3.1 C/W对涂层组织和性能的影响

3.2 本章小结

第4章 合金元素对涂层组织和性能的影响

4.1 硅对涂层组织和性能的影响

4.2 锰对涂层组织和性能的影响

4.3 本章小结

第5章 非均质形核对涂层组织与性能的影响

5.1 合金粉末设计

5.2 XRD结果分析

5.3 显微组织分析

5.4 硬度与耐磨性分析

5.5 本章小结

第6章 预烧结扩散对涂层组织与性能的影响

6.1 合金粉末设计

6.2 XRD结果分析

6.3 涂层低倍组织分析

6.4 涂层显微组织分析

6.5 涂层硬度与耐磨性分析

6.6 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间参与项目及公开发表的论文专利