碳钢表面Ni+WB2复合熔覆层的制备及性能研究

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表面涂层技术能够在继承基体材料韧性和强度的基础上为基材提供具有综合性能的表面,能够应对刀具、模具和齿轮等工具的磨损问题;应对石油管道、船舶和钢结构建材的腐蚀问题。镍合金涂层具有出色的耐磨耐蚀性能,被广泛应用于腐蚀磨损防护领域,在镍合金的基础上再添加碳化物、硼化物及氮化物等第二增强相后形成的镍基复合涂层具有更加优异的耐磨耐蚀性能,目前碳化物、硼化物及氮化物复合涂层多采用沉积技术来获得表面纯度较高的膜层,但其存在厚度小、结合强度低、脆性大等缺陷。过渡族金属硼化物具有高硬度、高化学惰性和导电性能而被研究,WB2具有高的硬度、熔点和稳定性,通过对WB2块体、WB2薄膜和含WB2的高熵合金制备及性能研究发现其具有极高的硬度、耐腐蚀性能和减磨性能,但是作为增强相加入的复合涂层的研究较少。本文使用真空熔覆技术在45钢表面熔覆了WB2+Ni基复合熔覆层,对熔覆层的物相及组织进行了分析,对熔覆层形成机制进行了研究,对熔覆层的耐腐蚀性能和耐磨损性能进行了测试。试验结果证明:制备的复合熔覆层组织致密并与基材之间具有牢固的冶金熔合。熔覆层具有特殊的分层结构,分为网状结构层、过渡结构层和扩散熔合层。复合熔覆层网状组织区又分为网孔区和网线区,网线区主要由γ-Ni固溶体、FeNi3、Ni3B、CrB、NiSi和WB2等相构成,网孔区主要由γ相、少量铬的碳化物与硼碳化物两类物相组成,过渡结构区为弥散分布的碳化物、硼化物及硼碳化物等硬质相增强的镍基合金,扩散区主要由镍基固溶体、铁基固溶体构成。复合熔覆层的形成过程包括液相生成、网状形成及致密化、冶金熔合三个阶段,在复合熔覆层形成过程中发生了WB2颗粒的溶解并与镍基合金颗粒的熔合、复杂硼碳化物新相的析出。对WB2+Ni基复合熔覆层进行腐蚀电化学性能测试发现WB2+Ni基复合熔覆层的耐腐蚀性能明显优于45钢和纯Ni合金的熔覆层,发现15%WB2的复合熔覆层自腐蚀电位最低,20%WB2的复合熔覆层电流密度最低,熔覆层耐腐蚀性能随加入WB2含量先上升后降低,15%WB2含量的复合熔覆层耐蚀性能最好。对WB2+Ni基复合熔覆层进行摩擦磨损测试发现WB2+Ni基复合熔覆层的耐磨损性能优于45钢和未添加WB2的Ni合金熔覆层。发现20%WB2+Ni基复合熔覆层的耐磨性能最优。
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