模具钢表面熔覆SiC涂层制备工艺及耐磨性研究

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模具在生产过程中,由于要承受剧烈冲击,表面容易发生磨损,从而会发生失效,故需在其表面熔覆具有高硬度、高耐磨性能的涂层对其进行修复。SiC是一种弹性模量大、硬度高、高温时抗氧化性能强的陶瓷材料,故本研究利用激光熔覆技术和氩弧熔覆技术在SKD11模具钢表面制备SiC和铁粉复合粉末熔覆层来提高模具的耐磨性能。熔覆时采用预置式供粉方式,预置粉末厚度约为1mm。熔覆后采用扫描电镜、XRD对所获得的熔覆层进行了显微组织分析;测量了各种熔覆层的硬度,并在UMT-2型摩擦磨损实验机上检测了它们的耐磨性能。通过扫描电镜、XRD对所得熔覆层进行的显微组织分析发现:激光熔覆层与SKD11模具钢基体之间呈现了良好的冶金结合,无裂纹、气孔等缺陷。随着熔覆粉末中SiC含量的增加,熔覆层中富硅相的存在形式按Fe3Si→Fe3Si+Fe2Si→Fe3Si+FeSiC+SiC变化。当SiC含量增加到80%时,熔覆层中出现了SiC相。对于氩弧熔覆,当SiC含量为80%时,在160A电流和8L/min的Ar气流量熔覆参数下所得熔覆层组织均匀,长条状和粒状的硬质相弥散分布,与基体之间呈现良好的冶金结合,无气孔、裂纹等缺陷。通过硬度检测发现:激光熔覆层的硬度受熔覆粉末中SiC含量、扫描速度、激光功率的影响。熔覆层的硬度随熔覆粉末中SiC含量的增加先增大后减小,当SiC含量为90%时,熔覆层的硬度最大;在SiC含量为70%,激光功率为3.5KW时,扫描速度的增加使熔覆层的硬度递减,采用最低熔覆速度1.0mm/s所得熔覆层的硬度最大;在熔覆速度为3mm/s,SiC含量为30%时,随着激光功率的增加,熔覆层的硬度先减小后增大,功率为3.8KW和4KW所得熔覆层的硬度达到最大。氩弧熔覆所得熔覆层的硬度都比基体高出很多,当SiC含量为80%时,采用130A电流、8L/min的Ar气流量熔覆参数所得氩弧熔覆层的硬度值最大。通过摩擦磨损实验发现:激光熔覆层的耐磨性受熔覆粉末中SiC含量、扫描速度和激光功率的影响。熔覆层耐磨性均高于基体SKD11的耐磨性,其中SiC含量为50%时,其耐磨性最好;当SiC含量为70%、激光功率为3.5KW时,熔覆层的耐磨性随扫描速度的增加而增加;当SiC含量为30%、扫描速度为3mm/s时,熔覆层耐磨性随激光功率的增大先减小后增大,在激光功率为3.8KW和4KW时,耐磨性能最好。对于氩弧熔覆,在SiC含量为80%时,熔覆层的耐磨性能随熔覆电流的增加先增大后减小,在150A电流和8L/min氩气流量的熔覆条件下所得氩弧熔覆涂层的耐磨性能最好。
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