等离子熔覆Fe-Cr-C合金涂层工艺优化及性能研究

摘要

目的采用等离子熔覆技术在Q235钢表面制备Fe-Cr-C合金熔覆层,提高基材表面的硬度和耐磨性。方法通过正交试验确定最佳工艺参数,用SEM、EDS、XRD分析熔覆层的组织结构和物相,用显微硬度计和摩擦磨损试验机测试熔覆层的硬度和耐磨性。结果工作电流和送粉速度对等离子熔覆层的硬度和磨损量的综合影响最为显著,最佳工艺参数为:工作电流110 A,扫描速度110 mm/min,送粉速度6 r/min,搭接率40%,离子气流量1 L/h。熔覆层硬质相为(Cr,Fe)7C3,其余物相为γ-Fe、(Fe,Cr)、(Fe,Ni)、(Fe,C)、(Fe,Ni)23C6、Cr7C3、Ni3Si、Fe3Mo、Fe2Nb。最优参数试样熔覆层的平均显微硬度为545.1HV0.5,比Q235钢基体的硬度高3倍左右。经过5 h摩擦磨损试验后,其总磨损量为0.25 g,比基体磨损量减少约2/3;磨损体积为45.09 mm3,约为基体磨损体积的1/3;磨损率为1.22×10^−4 mm^3/(N·m),约为基体磨损率的1/3;摩擦系数为0.23,约为基体摩擦系数的1/2。结论在Q235钢基体表面采用等离子熔覆技术制备出Fe-Cr-C合金熔覆层,其硬度和耐磨性能得到显著提升。