Ni-WC-CeO真空熔烧涂层的工艺优化与热疲劳性能的研究

摘要

本文采用不同真空熔烧工艺(熔烧温度)在45<'＃>钢基体表面制备稀土镍基碳化钨复合涂层，借助扫描电子显微镜、金相显微镜、能谱仪等检测手段，对涂层的表面形貌、组织结构以及各相的化学成分进行了观察分析，并利用洛氏、显微硬度计和箱式电阻炉研究分析了复合涂层的硬度和热疲劳性能，从而优化出最佳真空熔烧工艺，结果表明： (1) 在1160～1220℃之间，随熔烧温度的升高，扩散层变宽，镍基合金与碳化钨之间的反应变得充分，在1200℃时，涂层的表面质量最好，涂层与基体的元素扩散最明显，涂层组织均匀细小；在最佳熔烧工艺1200℃下，CeO<,2>添加量为0.75％时，涂层和基体之间的互熔结合最好，涂层中的气孔、裂纹等缺陷最少。 (2) 熔烧温度对硬质相WC在涂层中的形貌和分布形式以及与镍基合金反应影响很大，1200℃时涂层组织细小、均匀，熔合好，硬度最高；最佳熔烧工艺1200℃下0.75％CeO<,2>添加量涂层的硬度最高。 (3) 在确定的最佳熔烧工艺1200℃下，在750℃以下循环时，除了1.0％CeO<,2>涂层以外，其余各含量CeO<,2>涂层热疲劳性能均好于未添加CeO<,2>的涂层，其中添加O.75％CeO<,2>使涂层晶粒细化，减少了涂层中的缺陷，涂层的抗热疲劳性能最好。热疲劳失效主要是由于热应力和相变应力引起的，热疲劳破坏主要出现在涂层内部，且裂纹在扩展过程中，遇到块状WC，以穿过机制为主。

目录

文摘

英文文摘

声明

1综述

1.1表面工程概况

1.2材料表面涂层

1.2.1材料表面涂层的特点

1.2.2制备表面涂层的工艺方法比较

1.3真空熔结技术

1.3.1真空熔结的基本原理及工艺过程

1.3.2真空熔结方法

1.3.3真空熔烧工艺的技术难点

1.3.4熔结过程中需要注意的几个问题

1.3.5影响真空熔烧涂层质量的因素

1.3.6真空熔结涂层材料

1.4添加剂——稀土

1.4.1稀土元素介绍及其性质

1.4.2稀土氧化物的性质

1.4.3 CeO2的结构特点与功能特性

1.4.4稀土在表面处理中的应用

1.5本文研究的主要内容

2涂层制备和实验内容

2.1试样制备

2.1.1实验材料

2.1.2试样准备过程

2.2实验的熔烧工艺

2.3实验内容

2.3.1涂层组织观察及分析

2.3.2涂层硬度检测

2.3.3涂层热疲劳性能检测

3熔烧工艺对涂层宏观形貌及微观组织的影响

3.1涂层表面质量观察

3.1.1涂层宏观表面观察

3.1.2涂层表面形貌观察

3.1.3涂层横截面微观组织观察

3.2涂层纵截面微观组织观察

3.2.1涂层纵截面结合处的微观组织观察

3.2.2涂层纵截面结合处的能谱分析

3.2.3不同真空熔烧温度纵截面涂层组织观察

3.3最佳工艺1200℃下CeO2添加量对涂层组织的影响及分析

3.3.1涂层横截面微观组织观察

3.3.2涂层纵截面微观组织观察

3.3.3涂层纵截面结合处的能谱分析

3.3.4涂层中的WC形貌、化学成分及分析

3.4分析与讨论

3.4.1涂层表面质量分析

3.4.2温度条件对涂层显微组织的影响

3.4.3 CeO2添加量对涂层组织的影响

3.5本章小结

4熔烧工艺对Ni-WC-CeO2涂层硬度的影响

4.1熔烧温度对Ni-WC-CeO2涂层硬度的影响

4.1.1熔烧温度对涂层表面硬度的影响

4.1.2熔烧温度对涂层纵截面显微硬度的影响

4.2最佳工艺下CeO2添加量对Ni-WC涂层硬度的影响

4.2.1 CeO2添加量对涂层表面硬度的影响

4.2.2 CeO2添加量对涂层显微硬度的影响

4.3涂层硬度分析

4.3.1涂层表面硬度分析

4.3.2涂层显微硬度分析

4.4本章小结

5最佳熔烧温度1200℃下Ni-WC涂层的抗热疲劳性能

5.1实验方法

5.2实验结果及分析

5.2.1 CeO2添加量对涂层热疲劳性能的影响

5.2.2热循环温度对热疲劳性能的影响

5.2.3 Ni-WC复合涂层热疲劳裂纹形貌

5.2.4裂纹的产生与扩展

5.3影响热疲劳的因素

5.3.1热因子

5.3.2试件形状与预先处理

5.3.3实验条件

5.4本章小结

6结论

参考文献

致谢