铜材表面激光合金化和激光熔覆制备Ni/Cu-Cr_3C_2/Co梯度涂层

摘要

目的提高铜合金的表面硬度,改善其耐磨性能。方法利用激光表面合金化和激光熔覆工艺在铜合金表面制备出Ni/Cu-Cr_3C_2/Co梯度涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪,系统分析了合金化过渡层与熔覆层的物相构成及显微组织,通过硬度测试、摩擦磨损实验,对梯度涂层的显微硬度和耐磨性进行评估。结果合金化过渡层组织致密且具有单一柱状晶结构,主要由α-(Cu,Ni)固溶体、Ni_3Al和Ni Al构成。Cr_3C_2/Co复合熔覆层中分布着未熔Cr_3C_2颗粒,且以未熔Cr_3C_2颗粒为中心,四周有大量呈杆状(或针状)的M_(23)C_6和M_7C_3型碳化物,这种碳化物可以有效提高熔覆层的硬度。梯度涂层的显微硬度从基体的80HV逐渐增加到熔覆层的640HV,梯度涂层的摩擦磨损失重仅为铜合金基体的1/8。铜基体的磨损表面发生大规模破坏并形成大量磨屑,其磨损机制主要是粘着磨损;Cr_3C_2/Co喷涂层由于内部结合力较弱,出现了大量的疲劳磨损面,其磨损机制为表面疲劳磨损;而Ni/Cu-Cr_3C_2/Co梯度涂层的磨损表面比较平整,只存在轻微的"犁沟",其磨损机制为典型的磨粒磨损。结论梯度涂层由于Cr_3C_2、M_(23)C_6及M_7C_3相的存在,显微硬度和耐磨性能显著提高。同时,涂层的成分与性能均呈一定的梯度变化,改善了铜基体与涂层的相容性。