前驱体对激光熔覆复合溶胶凝胶制备陶瓷涂层的影响

摘要

目的研究不同前驱体配比下,激光熔覆复合溶胶凝胶在3Cr13不锈钢表面制备的陶瓷涂层的性能,并对强化机理进行分析。方法通过溶胶凝胶法制备均匀的前驱体,即Ti O2和C(微米石墨和碳纳米管),利用激光熔覆技术,在3Cr13不锈钢基体表面制备出高性能的涂层。采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪对涂层组织和相成分进行分析,采用维氏硬度计对涂层的硬度进行测试,采用HT-600型高温摩擦磨损试验机测试基体和熔覆层在常温下的磨损性能。结果通过溶胶凝胶法,制备出均匀的Ti O2和C混合粉末。激光熔覆后,在覆层中均匀分布着Ti C和Cr7C3强化相。改变前驱体配比,当C和Ti O2的摩尔比增大时,涂层组织明显细化,且涂层中无气孔,显微硬度也有较大提高。当n(TiO2)∶n(C)=1∶8时,次表面显微硬度达到810HV0.2,涂层硬度从上到下呈现递减的趋势,且涂层的耐磨性最好,为基体的4.5倍。结论增大C和Ti O2两者摩尔比,可以提高熔覆层的显微硬度和耐磨性。在熔池中,Ti C密度较小,涂层中硬质颗粒从上到下依次减少,与之对应,硬度也依次递减。同时,碳纳米管的加入将对涂层起到细晶强化的效果。Ti与碳纳米管和微米石墨结合生成微米级和亚微米级Ti C,提高了形核率,Cr7C3以亚微米级Ti C为非均质核心,形核长大,生成均匀分布的Cr7C3强化相。