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海水液压系统与海洋环境相容、无环境污染、抗燃性好、功率大且操作简单,在海洋工程领域具有广阔的应用前景。海水液压泵是海水液压系统的基础,采用全海水润滑方式使液压泵面临严重摩擦磨损、腐蚀和气蚀等关键技术问题。针对以上问题,本文提出采用激光熔覆和离子渗硫技术复合处理在海水泵关键零部件表面制备耐磨耐蚀自润滑涂层,以提高海水泵的整体寿命。
采用自制SD-Ni55合金粉末制备Ni55激光熔覆层。涂层成形性、润湿性和脱渣性良好,表面光亮无裂纹。涂层主要由Cr2Ni3、γ-(Fe,Ni)、Ni17W3、Fe0.64Ni0.36、WC、Cr7C3和CrSi2等物相组成。涂层底部为发达的树枝晶,树枝晶和枝晶间都含有大量的Fe元素;中部为γ-(Fe,Ni)基体上分布着大量长条状碳化物Cr7C3以及少量零散分布的菊花状强化相CrSi2;顶部组织与中部相似,但方向性减弱,晶粒更加细小致密。涂层显微硬度在550～625HV0.2之间,摩擦系数为0.75,比45钢摩擦系数低16.7％;涂层磨损量约为45钢的1/5,但对磨副损伤较大。涂层自腐蚀电位和自腐蚀电流密度分别为-395.9mV和2.75μA.cm-2,耐蚀性较Ni基WC涂层(-557.8mV和11.58μA.cm-2)明显提高。
为使Ni55激光熔覆层具有自润滑性能,采用低温离子渗硫技术在涂层表面原位合成硫化物固体润滑剂。硫化物层为3～41μm厚的灰黑色带状层,与基体之间无明显过渡,表面疏松而多孔,由微纳米级的尖岛状颗粒堆砌而成;硫化物层主要由单质Fe、Ni,FeS、FeS2、NiS等硫化物颗粒以及Cr、Fe的氧化物组成。低温离子渗硫处理能大幅降低Ni55激光熔覆层的摩擦系数,减轻摩擦副的磨损。干摩擦条件下,Ni55复合改性层摩擦系数为0.6,较Ni55激光熔覆层降低约20％,磨损量仅为激光熔覆层的1/3.8。油润滑条件下,Ni55复合改性层摩擦系数为0.03,较Ni55激光熔覆层降低53.3％,磨损量为原来的1/6.1。Ni55激光熔覆层渗硫后的自腐蚀电位为-542.6mV,自腐蚀电流密度为6.269μA-cm-2。渗硫后Ni55激光熔覆层耐蚀性略微降低,但仍比Ni基WC激光熔覆层好。
在SD-Ni55合金粉末中添加10％的W元素,采用激光熔覆和离子渗硫复合处理在Ni+W激光熔覆层表面原位合成硫化物固体润滑剂。渗硫层为黑色带状层,厚度约2μm,表面微观形貌与Ni55复合改性层相似,但颗粒更加细小。渗硫层主要由单质Fe、Cr、W,FeS、WS2、NiS和FeS2等硫化物以及铁的氧化物组成。干摩擦条件下,Ni55+W复合改性层摩擦系数为0.65,较Ni55+W涂层降低27.8％,磨损失重约为Ni55+W涂层的1/3.6。油润滑条件下,Ni+W复合改性层摩擦系数为0.075,较Ni55+W涂层摩擦系数降低约40％,磨损失重约为Ni55+W涂层的1/7.7。Ni55+W熔覆层渗硫前后的自腐蚀电位分别为-520.4mV和-642.5mV,自腐蚀电流密度分别为3.981μA·cm-2和7.493μA·cm-2。