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1、word对含有WC的镍基合金涂层硬质相的研究摘要：为了提高在沙漠地区应用的汽车缸套的活塞环的耐磨性，实验已经研究了在传统的铸造衬底上用激光治疗后等离子喷涂的镍基复合涂层。三种含有大量WC颗粒的Ni-WC复合涂层已经进展了测试。朗读在Falexd摩擦磨损试验机研磨条件下的摩擦学实验已经实施。试验结果明确,用硬质相碳化钨复合涂层改善了电流环/汽缸材料磨料磨损性能比拟。其中，性能最好的是激光等离子喷涂的Ni60+60WC涂层。本实验在磨损外表显微观察的根底上对该复合涂层的磨损机理进展了探讨。关键词：复合涂层，磨损磨蚀，等离子喷涂和后处理1. 简介在沙漠地区应用的发动机运作在重要的环境，在那里沙子可以
2、通过多种方式被吸引进钢瓶，如如发动机进气道、密封件和管接头。这种情况导致了对环和汽缸的严重磨损，发动机功率损失，并且在极端情况下，会导致设备的彻底损坏。因此,提高活塞环和缸套副的耐磨性成为当前优先考虑研究的对象且具有工业重要性。以NiCrBSi为基的自熔性合金已同时成功为涂层材料的腐蚀和磨损性能提供了保护1,2。NiCrBSi涂层的耐磨性,尤其对磨料磨损,可以大大增加通过增加耐火碳化物得到提高，如参加WC,NiC，TaC溶于NiCrBSi的空间矩阵3。这些复合涂层或所谓的伪合金的制备以等离子体预混粉末喷涂为主4。其他技术，例如激光熔覆，在复合涂料的制备也有成功的报道5。虽然等离子喷涂工艺带来了
3、许多优势，这项技术在多孔结构有限制，如微腔和缺陷的涂层6。等离子喷涂复合涂层的不完美的特性可以通过激光改性处理得到改善，以增加其密度和强度，并提高了组织性能3,4,6。此外，我们已经作出努力，通过使用送粉器的每个组件，或使用两种喷涂系统同时进展，以获得碳化物在基体中均匀分布。尽管等离子喷涂技术取得了巨大进步，包括粉的质量控制，过程和成分优化以与特殊后处理，为了存档最优使用耐磨复合材料涂料仍然是许多工作要做。在最近的关于引擎在沙漠地区应用研究项目，镍基合金中的碳化钨硬质合金被选定作为材料的活塞环和缸套的耐磨保护层。这种复合材料涂层具有优异的耐磨性和良好的粘结强度为基材，在先进技术中被编写：如等离
4、子空气预混粉喷涂。本研究的目的是验证WC镍基复合涂层的可行性，看是否能作为在沙漠地区的发动机耐磨保护材料。此外，我们在比拟合金涂层耐磨性与硬质合金相含量的变化不同的根底上讨论了后处理与WC硬质合金的影响。此外，利用扫描电子显微镜SEM研究调查了涂层的微观结构，从一个对涂层可能的磨损机理进展了研究并给出了解释。2. 实验细节试件的设计是基于对以修改几何标本的标准形式用于机器的Falex粘滑测试标本上。而较低标本以环的形式保持其形状，上环的地方已经去除剩余的三个小见方的小块，如图1示。当上试样在较低的旋转环时，它作为的对一个磁盘三平大头针滑动。这项安排的目的是模仿针对缸套活塞的一环组件滑动摩擦。上
5、面的标本是由球墨铸铁制成，较低的一个是荧光粉的铸铁制成。在滑模标本外表，有镍基复合WC涂层沉积，正如表1所示。在较低的试样的涂层，制备了预混合粉末等离子喷涂。涂料中的一组是后激光重熔处理后喷涂“喷涂+喷熔，而另一组没有喷洒后处理“只进展喷涂。标本的涂层是通过“激光覆面m。图1几何标本，左：上标本，右：下标本表1构成镍基复合WC涂层涂层代码混合粉末的组成局部合金的化学成分wCrBSiAlFeCHRCNi60+60WC40Ni60合金15 16126060WC碳化物1045Ni45+50WC60Ni45合金10-1340WC碳化物NiCrAl+60WC40NiCrAl合金17-1960WC碳化物实
6、验以商业摩擦磨损试验机Falex-6多试样的试验机进展。上层标本的旋转在固定环提供了在两个相反的涂层之间的相对滑动。模仿沙漠的应用环境，即润滑油与沙粒混合，不断滴落在滑动面。外加载荷，转速，摩擦力矩和体温较低的标本被自动记录下来。磨损失重是用1712MP8电子平衡分析。由于不同涂层试件开始联系滑动，该实验被安排七个案件见表2，表3给出了一个其他实验条件的描述。3. 结果和讨论表4给出了实验中的7种测试表2所列例子得到的结果。对于表4所列的摩擦学结果可以归纳如下。1. 碳化钨的复合涂层具有优良的磨料耐磨性。含WC涂层的复合材料样品的重量损失之和比那些使用传统材料的发动机低了一个数量级，即在本研究
7、中的粉末涂层相对于MO等离子喷涂。2. 对后处理和涂层组成进展详细审查，对三个例子给出了一个额外的长期测试。在每一种情况下，只对一个标本进展了测试。组成和制备的涂层试样分别为对应案件3,4和5。试验在全载荷182N下持续了55小时。发动机油砂混合，用于不断下降到滑面的润滑的55小时的测试。其他实验条件如表三所列。对于长时间的测试结果列于图2，这显示出的总体特征与表4以前获得的结果是一致的。3. 如果准备用同样的过程，含有Ni45+50WC涂层的下标本显示了更高的失重，从而导致对试样更高的重量损失总和，在与那些Ni60+6OWC涂层的的比拟结果可从例3和4观察。4. 然而，事实上，仅作喷涂准备的
8、涂层导致了在相反的标本上上标本更高的失重，并造成了对试样更高的重量损失总和。5. 至于摩擦系数方面，无论试样是用传统的材料或预先涂有涂层的，没有显著差异。表2测试例子和涂料的研制例子下标本外表上标本外表磨具材料制备材料制备1Ni60+60WC喷涂+重熔Ni60+60WC激光熔覆无2Ni45+40WC喷涂+重熔Ni60+60WC激光熔覆无3Ni60+60WC喷涂+重熔Ni60+60WC激光熔覆砂4Ni45+40WC喷涂+重熔Ni60+60WC激光熔覆砂5Ni60+60WC只喷涂Ni60+60WC激光熔覆砂6NiCrAl+60WC只喷涂Ni60+60WC激光熔覆砂7磷铁无涂层MO喷涂砂其中，喷涂+
9、重熔指等离子喷涂和后激光重熔处理，只喷涂指等离子喷涂无需后处理，激光熔覆是指外表预置粉末激光束融化。表3试验条件试验条件数值说明接触压力pN*m-270滑动速度vm*s-1滑动距离Sm1553使用的润滑油发动机油型15W/40，100毫升对总滑动距离润滑方式油降使用的砂子砂组成49SiO2，15Al2O3，MgO，CaO等砂粒度280目，50颗粒直径小于10m，90小于30m表4在七种摩擦系数和磨损的情况下，磨料在滑动1553米后的失重例子失重mga平均摩擦系数上外表下外表总和数值b数值数值数值12345672525a， 每个案例列出的值取三个测试数据的平均值。b， 标准差的给定值。图2：长期
10、磨损试验失重，a上标本的失重，b下标本的失重，c总失重1，Ni60+60WC涂层“只喷涂制备例5：2，Ni60+60WC涂层“喷涂+重熔预处理例3：3，Ni45+40%WC涂层“喷涂+重熔预处理例4左图3，右图4图3喷涂Ni60+6OWC涂层磨削加工外表图4Ni60+60WC涂层磨损外表的微观组织图3显示了磨损试验前喷涂Ni60+6OWC涂层的加工外表。如上文第1节，多孔结构的缺陷可能存在的等离子喷涂涂料，导致了与散装物料比拟密度和强度较低。等离子喷涂涂层的多孔结构，可以从涂层磨损外表观察。举个例子，图4给出了喷涂Ni60+60WC涂层磨损外表的扫描电镜图像，从中可以看到粗糙地形，局部微剥落和
11、地下板状结构。虽然粗糙的地形是一个磨损的结果，但它反过来又加速磨损过程，因为粗糙的外表与暴露的WC晶粒外表是相反的划伤面，造成两个滑动面磨损量的损失。后处理激光重熔技术应用目前的工作，以提高等离子涂料喷涂性能。该后处理功能是重建一个均匀，致密的金相结构。图5显示了一个喷涂涂层磨损外表结构，正如图4中编写的但经过激光重熔的同一局部。扫描电镜观察明确，激光重熔处理将原先多孔的Ni60+60%WC结构转化为了密集的基复合材料。或许，在观察中的最有趣的发现是平稳、鸡蛋形的“凸点的外表上。图中给出5a磨损外表上空的顶视图，显示了分布在涂层外表的粗糙，而图5b给出的涂层横截面的扫描电镜图像显示了粗糙的尺寸
12、比WC晶粒大。由于突起处与磨损外表暴露的WC晶粒严密地结合在一起，他们的硬度预计比为基体材料还高。能量色散X射线光谱仪EDS分析明确，突起出包含钨，镍，铬，硅等元素，如图6所示。因此，得出结论认为，突起处实际上是一个新成立的硬相结构，这是与涂层的强烈结合所得。激光重熔复合涂层过程中促进多相结构，包括NiCrBSi合金矩阵，WC碎片分布，WC聚集结构，和新的硬质相在突起出，如图5所示。多相结构为涂层提供了更好的耐磨性，就像我们将在下一章节中讨论。图5.激光重熔后处理的Ni60+6OWC喷涂涂层的磨损外表。a突起磨损外表分布顶视图。b涂层的代表性局部。在该图上半局部，可以看到的突起在外表上不断升起
13、，WC片段。从WC聚集处也可以观察涂层。图6.散X射线光谱仪EDS分析结果。a突起形状bW元素分布cCr元素分布dNi元素分布，eSi元素分布图7微切削复合材料，文献10在磨料磨损过程中，外表材料通过三个主要机制除去：1微切削2塑性变形3硬相基体材料断裂。其中，微切削被认为起主要作用。本次研究中，WC复合涂层的优良耐磨性是由于硬相基体材料断裂造成的。当相对较软的基体材料混有硬质合金时，改复合材料磨碎性能增强是由于以下几个原因：1.该硬质合金提高了复合材料的硬度，从而防止大局部磨料渗透到基材。2.少数设法渗入到材料的磨料，与硬相粒子相撞。在这个过程中，磨料被磨碎，最后失去了切割功能。因此，微切削
14、的距离受到很大的限制。考虑到这些因素，增加碳化钨硬质合金的百分比将有利于改善涂层的耐磨性。实验结果明确，当碳化钨的含量由40%增加到60%时，磨损量轻微减少5%-10%。考虑到实验数据的分散和实验误差，通过增加硬质合金的含量来增加耐磨性的方法不是很客观，至少在目前的测试X围内是这样。过于耐磨性与硬相含量关系的报道中，Cerri等人声称在他们的实验中发现“在既定的X围内耐磨性和硬质合金的含量是相对独立的。这种差距并不令人吃惊，因为耐磨性对硬质合金百分含量的依赖性与很多因素有关，如磨碎模式，磨料颗粒大小，硬度矩阵等9。1.另一方面，后处理的激光重熔提供了一个耐磨涂层的重要电阻增加，可以从表4和图2中的例3和例5可以看到观察结果。经过喷雾+重熔的试样磨损失重相对于只进展喷涂的减少了4050。激光重熔产生更均匀，致密，耐磨的NiCrBSi钛合金外表矩阵。因此，正如文献9所示，复
