TiC增强镍基复合涂层的制备及组织性能研究

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本文主要以TiC、Ni60粉末为原料,利用等离子熔覆和激光熔覆设备在碳钢基体上制备碳化钛增强镍基(TiC/Ni)复合涂层。利用扫描电镜(SEM)附带能谱(EDS)和X射线衍射仪(XRD)观察了涂层内物相的组成和微观结构,测试了涂层的显微硬度、耐磨性、耐蚀性。研究了制备过程中不同功率、不同扫描速度、不同碳化钛含量对所制备复合涂层微观结构和涂层中碳化钛的分布状态、晶粒尺寸、形态及涂层性能的影响。分析研究了TiC/Ni复合涂层制备过程中的组织演化和耐磨机理。以期可以制备出高耐磨且具有一定耐蚀性的综合性能优良的耐磨防腐TiC/Ni复合涂层,为特定服役条件下易磨零件提供防护并对已损伤零件进行修复。通过具体的研究得到了以下主要结论:(1)熔覆制备的TiC/Ni复合涂层在涂层与基体的交界处形成了融合线,涂层与基体之间形成高质量的冶金结合。(2)等离子熔覆制备的复合涂层中存在较多气孔裂纹等缺陷,并且随着扫描速度的增加涂层内的缺陷明显增多。而激光熔覆复合涂层内未观察到明显缺陷,但其涂层厚度随熔覆功率的增大和扫描速度的减慢而增大,其晶粒尺寸的变化规律则与之相反。(3)在等离子熔覆过程中:增强相TiC主要集中于涂层顶部,并且由外向内递减,复合涂层内TiC出现了较为明显的聚集并且聚集处出现较多孔洞裂纹等缺陷。在激光熔覆过程中:增强相TiC分布于整个涂层且分布较为均匀,但碳化钛晶粒尺寸随扫描速度降低、熔覆功率增加、碳化钛含量的增多有明显的长大现象。(4)等离子熔覆制备的复合涂层中显微硬度随涂层深度的变化波动较大。扫描速度最高时等离子熔覆复合涂层的显微硬度最高,且其硬度随熔覆功率的增大先升高后降低。相比较而言,激光熔覆TiC/Ni复合涂层的显微硬度在整个涂层内都较为平均且工艺参数对其影响不大。TiC含量对激光熔覆和等离子熔覆制备的复合涂层的影响较大,TiC添加量最高时均达到涂层的最大平均硬度。(5)等离子熔覆复合涂层的平均摩擦系数随着扫描速度的降低逐渐降低,随熔覆功率的增大先升高后降低。对激光熔覆而言,不同扫描速度下复合涂层的平均摩擦系数相差不大都维持在0.48左右。含10%TiC的激光熔覆复合涂层的摩擦系数更稳定,而在等离子熔覆过程中涂层的摩擦系数随碳化钛含量的增加而降低。复合涂层的磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损,其中造成磨粒磨损的部分原因是涂层中脱落和破碎的TiC引起的。(6)等离子熔覆制备的复合涂层内出现了花蕊状铬的碳化物,碳化物的各条枝晶钉扎于涂层基体中起到了较强的强化作用,有效地增强了涂层的摩擦磨损性能。同时因为热输入对激光熔覆复合涂层的厚度影响较大(如低功率、高扫描速度、高碳化钛含量时涂层厚度较低),在长时间的磨损过程中容易磨损到基体,所以其平均摩擦系数较大。(7)等离子熔覆制备的复合涂层的耐蚀性随着扫描速度和熔覆功率的增加先降低后升高。激光熔覆制备的复合涂层其耐蚀性随着扫描速度的增加逐渐降低,随着熔覆功率的增加先降低后升高。极化试验结果表明,在激光熔覆中随着TiC含量的增加,复合涂层的耐蚀性先降低后提高,而等离子制备的复合涂层的耐蚀性随碳化钛含量的增加而降低。
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