基于电弧冷焊的Ni基合金熔涂技术的研究

摘要

电弧冷焊技术具有高效快捷、热量集中、热输入小、对基体热影响区小等技术优势，可以大幅度改善工件表面性能，常应用于碳钢和铸铁件的熔涂和补焊，熔涂材料多使用铁基合金，而冷焊Ni基合金的熔涂研究鲜见报道；Ni基合金因其开始熔化温度低、具有优异的耐磨性、耐蚀性以及与铁基材料之间具有良好的润湿性及冶金结合性，成为工业上常用的功能性涂层材料。基于电弧冷焊的Ni基合金熔涂的研究可以拓展Ni基合金熔涂的应用范围。 本课题获得了以下具有创新意义的工作： （1）电弧冷焊熔涂试验发现，Ni基合金的冷焊熔涂层主要含有γ-Ni、Ni3Si和CrB等物相，熔涂层组织均匀细密，含有非晶组织；在近熔涂层顶部，树枝晶变得稍细且方向性不明，同时，在树枝晶之间观察到了细小的羽毛状组织；对其实施热处理，则随着热处理温度的增加，熔涂层枝晶逐渐减少，熔涂层非晶态合金原位生成纳米晶合金硬质相，可以使得熔涂层组织二次增强。 （2）冷焊态熔涂层截面的金相显微组织形貌显示，熔涂层与基体结合的界面处呈现明显的白亮带，形成了良好的冶金结合；在热影响区，快速冷却后形成了细小的马氏体组织，且热影响区很小，厚度约为200μm。 （3）摩擦磨损试验后，对熔涂层的磨痕形貌的观察表明，电弧冷焊Ni基合金熔涂层的磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损；与 Q235 碳钢基体相比，电弧冷焊Ni基合金熔涂层的磨损量下降了77%，其耐磨性明显优于基体。 （4）适当的热处理后，熔涂层截面硬度测试显示，其硬度提高，硬度值可达 745-983HV，熔涂层的硬度是基体的2.5-3.5 倍。随着热处理温度的增加，Ni基合金熔涂层的磨损量呈现出先降低后增加的趋势，热处理温度为 525℃时，Ni基合金熔涂层的具有最低的磨损量，耐磨性能最好；磨痕深度和磨痕宽度也表明了热处理温度为525℃时，熔涂层具有最好的耐磨性。 （5）腐蚀试验显示，电弧冷焊Ni基合金熔涂层耐腐蚀性能明显优于感应熔涂，熔涂层腐蚀 96h 和 144h 后，感应熔涂的熔涂层表现出典型的晶间腐蚀，而电弧冷焊熔涂层表现为均匀腐蚀，偶见局部晶间腐蚀和点腐蚀。