激光熔覆NiCr/Cr3C2-WS2高温自润滑耐磨复合涂层研究

摘要

许多摩擦运动副零部件（如高温绝热发动机轴承、汽轮机叶片、缸套、核阀等）工作在高温、高压、高真空度等苛刻工况条件下，无法实现外加润滑，因此需要材料具有良好的高温自润滑性能。在硬质合金粉末中加入固体润滑剂，采用先进的表面工程手段，在零件表面制备高温自润滑性能优异的涂层是解决上述问题的有效方法之一。
　　本文以激光熔覆技术为手段，以 NiCr/Cr3C2、NiCr/Cr3C2-10%WS2、NiCr/Cr3C2-20%WS2和NiCr/Cr3C2-30%WS2复合合金粉末为原料，制备了以γ-（Fe,Ni）固溶体为涂层基材，Cr7C3和（Cr, W）C为主要增强相，以WS2和CrS为自润滑相，并且组织均匀、与不锈钢基体结合良好的高温自润滑耐磨复合涂层。研究发现，在激光高能束的作用下，大部分WS2发生热分解，本文为抑制WS2分解，并增强其与基体以及复合粉末基材的相容性，对WS2粉末进行化学镀Ni-P包覆（全文简称WS2（Ni-P）），并以NiCr/Cr3C2-30%WS2（Ni-P）为复合粉末原料，采用激光熔覆的方法制备涂层，通过对比发现，进行化学镀包覆能有效抑制固体润滑剂WS2分解，残留的WS2弥散分布在γ-（Fe,Ni）/Cr7C3共晶组织中。
　　对所制备的激光熔覆涂层进行常温/高温干滑动摩擦磨损实验，实验结果表明：NiCr/Cr3C2涂层由于Cr7C3硬质相较多、硬度高，所以非常耐磨，但涂层脆性较大，在无外加润滑的条件下，高温时易发生粘着磨损，磨损率较大；NiCr/Cr3C2-WS2涂层中由于含有固体润滑相WS2和CrS，宽温摩擦磨损性能有明显改善，虽然高温下在磨损表面发现塑性变形痕迹，但未发生大面积粘着磨损，综合对比添加不同含量固体润滑剂WS2所制备的涂层干滑动摩擦磨损实验结果，发现 NiCr/Cr3C2-10%WS2涂层宽温下的摩擦学性能最优；NiCr/Cr3C2-30%WS2（Ni-P）涂层由于残留了较多的固体润滑相WS2，在300℃时磨损表面形成了润滑转移膜，有效隔绝了对磨球与涂层之间的高应力接触，起到了很好的减摩作用，涂层磨损表面平滑，在宽温范围未发生明显的塑性变形。
　　为研究所制备的涂层相结构稳定性，对NiCr/Cr3C2-10%WS2涂层在600℃下进行10～50h热处理，实验结果表明涂层没有发生相变、相分解，也没有发生涂层与基体间的元素的相互渗透；热处理过程中，部分γ-（Fe,Ni）/Cr7C3共晶组织溶解，Cr7C3枝晶发生断裂和造粒，使涂层基本呈双相结构。分析认为，本实验所制备的高温自润滑耐磨复合涂层高温下具有良好的相结构稳定性。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 固体自润滑概述

1.3 研究目的

1.4 研究内容

第二章 试验材料与方法

2.1 试验材料

2.2 WS2粉末包覆

2.3 合金粉末球磨试验

2.4 激光熔覆试验

2.5 显微组织及物相分析

2.6 显微硬度测试

2.7 涂层后续高温热处理试验

2.8 常温/高温摩擦磨损试验

第三章 试验结果与分析

3.1 NiCr/Cr3C2涂层分析

3.2 NiCr/Cr3C2-WS2涂层分析

3.3 NiCr/Cr3C2-WS2（Ni-P）涂层分析

3.4 激光熔覆复合涂层的干滑动摩擦磨损实验

3.5 NiCr/Cr3C2-10%WS2涂层热处理结果分析

第四章 总结与展望

4.1 总结

4.2 展望

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文