自熔性合金粉末粘结剂的设计

摘要

为了解决传统热喷焊工艺的预制涂层过程中存在的粉末浪费问题，本文引入了粘结剂理论，以镍基自熔合金粉末Ni60和铁基自熔合金粉末Fe30为原料，采用粘结剂将自熔合金粉末预涂在试样表面，然后对其进行中频感应加热重熔，制备耐磨抗蚀涂层，并对涂层组织形貌及相关的性能进行研究。研究了粘结剂的种类、成分、性质及粘结原理，根据粘结剂的种类不同配制不同的粘结剂浓度、混粉比例、烘干温度，最佳的粘结剂组合：30％的A以8.5％混粉，烘干温度为200℃；2％的C以7％混粉，烘干温度为140℃。采用中频线圈感应加热重熔设备对预制涂层进行重熔制备涂层。硬度测试表明，Ni60粘结剂预粘结涂层可使硬度提高3倍，Fe30合金粉末涂层的硬度比基体提高1.5倍，与传统热喷焊工艺制备的涂层提高基体硬度的倍数相同，但是孔隙率要较传统热喷焊工艺制备涂层低，说明粘结剂的存在提高了涂层的致密度。组织形貌分析可以看出Ni60合金粉末涂层组织分布均匀，均由亮白的基体上分布着黑色的硬质相组成，存在少量孔洞、夹杂及氧化物，未见大的气孔与裂纹。Ni-Si固溶体基体中分布着硬质相，包括硼化物(Ni3B、Ni2B、Cr2B、CrB)、硅化物(Ni3Si)、碳化物(Fe3C、Cr7C3)和M23C6(Cr23C6、(Fe,Ni)23C6)。粘结剂可改善硬质相的存在状态，使原来的聚集分布转变为弥散分布，起到了一定的弥散强化作用。Fe30合金粉末涂层中粘结剂在使用过程中提高了Fe基自熔合金粉末的流动性，改变了润滑角，该涂层中多种复杂的以奥氏体为基的金属间化合物，如碳化物、铬化物、硼化物等，这些金属间化合物具有硬度高和熔点高的特点。C粘结剂预制重熔后制备的Ni60和F30涂层具有良好的抗磨损性能且摩擦副匹配恰当。耐腐蚀性能与传统焊喷工艺制备涂层相似，均比涂层高。