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为提高模具寿命而进行的表面处理基本上可分为两大类:一是增加表面硬度;二是采用润滑手段,使表面形成一层减摩性的化合物层。在新开发研究的表面改性技术中,激光熔覆是其中较为先进有效也是近几年比较热门的研究方向之一。利用激光熔覆,在模具表面熔覆耐磨金属陶瓷涂层,以获得较为满意的模具综合性能,提高模具的使用寿命,也就成了现代模具行业的热门研究领域。
本论文采用7kw横流CO2激光器,以WC-Ni、纳米TiC为原料,在45#模具钢基体上制得WC-Ni/TiC复合涂层,用扫描电镜(SEM)对涂层的显微组织以及磨损形貌进行观察。利用销盘式摩擦磨损实验机对涂层的摩擦磨损性能进行测试,并分析了复合涂层的磨损机理。结果表明,涂层中有纳米相存在,但也有部分团聚,经纳米TiC弥散强化,固溶强化以及激光快速加热快速冷使晶粒细化,WC-Ni/TiC复合涂层的平均硬度达到1500HV0.1。
以WC-Ni、纳米Tic和MoS2-Ni为原料,在45#模具钢基体上制得WC-Ni/TiC/MoS2-Ni复合涂层,并进行了相同的测试和分析。结果表明,在强激光作用下,MoS2部分分解,以复杂化合物存在。由于MoS2使涂层硬度降低,MoS2含量为9%时,平均硬度约946.8HV0.1。涂层有自润滑性能,平均摩擦系数约0.26。
涂层的摩擦磨损性能是摩擦副系统的综合特性,具有极强的的系统依赖性和复杂的时空特性。基体以及两种涂层在相同实验条件下,摩擦副为:40Cr/涂层时,WC-Ni/TiC涂层的耐磨性为基体的76.3倍。WC-Ni/TiC/MoS2-Ni涂层的耐磨性为基体的40倍。摩擦副为:高速钢/涂层时,WC-Ni/TiC涂层的耐磨性为基体的22.5倍。WC-Ni/TiC/MoS2-Ni涂层的耐磨性为基体的18.2倍。同种涂层不同对磨材料磨损量不同主要是由于:一方面40Cr硬度比高速钢低,对涂层磨损轻微;其次,WC-Ni/TiC/MoS2-Ni涂层有自润滑效果。不同涂层同种对磨材料磨损量不同主要是由于在实验条件下,磨削会残留在摩擦副之间,起到磨粒作用,因此磨损机制都主要是磨粒磨损。由于添加MoS2的涂层硬度降低,抗磨粒磨损性能降低,虽然有一定润滑效果,但涂层磨损量仍然有一定程度的增加。