基于第一性原理的碳化铬陶瓷颗粒形貌预测及验证分析

摘要

采用激光熔覆技术制备碳化铬增强Ni60复合涂层,并对其生长形貌与生长机制进行研究和验证。基于第一性原理在Materials Studio(8.0)软件中对碳化铬晶体的生长形貌进行了预测,对Ni基相及Cr_(3)C_(2)陶瓷相的界面结合特性进行了仿真分析,对碳化铬陶瓷相的生长机制进行了研究,并通过熔覆实验对仿真结果进行了验证。实验验证时在Ni60粉末中添加一定含量的C粉及Cr粉,进行球磨作为涂层粉末,采用激光熔覆技术在H13钢表面原位生成碳化铬镍基复合涂层,通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对涂层的物相和显微组织进行分析,采用维氏硬度计对涂层的显微硬度进行测试。研究结果表明,碳化铬生成相形貌主要为四边形、六边形以及其他不规则形貌,与仿真结果中形貌预测的结果一致。涂层平均显微硬度达到700 HV,是基体硬度的3倍。四边形碳化铬主要为Cr_(3)C_(2),六边形碳化铬以Cr_(7)C_(3)为主,不规则形碳化铬为Cr_(7)C_(3)和Cr_(3)C_(2)的共晶体。原位生成制备的碳化铬增强相弥散分布在涂层中,使得涂层显微硬度较基体得到显著提升,涂层显微组织细密均匀,与基体形成良好的冶金结合。