原位反应TiN增强镍基合金涂层的组织及性能分析

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目前,Ni基合金粉末因其具有良好的润湿性,耐腐蚀性和抗氧化性,以及优异的耐磨性和较低的成本等优势,在改善机械产品零部件的耐磨性和防腐蚀性能方面有着广泛的应用。NiCrBSi作为典型的Ni基合金,用其制备的涂层被广泛应于各种磨损和腐蚀的环境中。因NiCrBSi硬度相对陶瓷材料低,在普通的磨损环境可以达到使用要求;但是在高载荷的服役环境,难以满足使用要求。高硬度的碳化物和氧化物等硬质颗粒经常作为强化相添加到NiCrBSi涂层,改善NiCrBSi涂层的性能。前期研究发现反应等离子喷涂法可制备出纳米晶TiN涂层。本文把纳米TiN作为强化相,通过反应等离子喷涂制备纳米晶TiN强化NiCrBSi复合涂层。用AFM、SEM、TEM和XRD分析涂层的显微组织和物相,并对涂层的耐磨性及耐腐蚀性进行了研究。为了进一步提高NiCrBSi-TiN复合涂层的性能,对其在600℃、700℃、750℃和800℃下进行热处理,并对其组织形貌,摩擦磨损性能以及耐腐蚀性能进行分析。最后,将NiCrBSi-TiN复合涂层与用WC强化的NiCrBSi涂层进行比较。结果表明:(1)NiCrBSi-TiN复合涂层主要由γ-Ni,Fe Ni3和Cr1.12Ni2.88等物相和TiN相组成。与NiCrBSi相比,NiCrBSi-TiN复合涂层的硬度升高。磨损性能及耐腐蚀性能得到明显改善。(2)热处理之后的涂层相组成发生变化,Ni17Si3、Cr B等强化相析出,TiN发生部分解生成TiN0.3。在温度达到750℃以后,TiN相与Ni基固溶体的相界面发生反应扩散。随着热处理温度的升高,NiCrBSi-TiN复合涂层的硬度,耐磨性以及耐腐蚀性能都是呈先升高后下降的趋势。当热处理温度为700℃时,NiCrBSi-TiN复合涂层性能达到最佳。(3)与NiCrBSi-WC复合涂层相比,NiCrBSi-TiN复合涂层的平均显微硬度要更高,耐磨性更好。并且,在NiCrBSi-WC复合涂层中,WC增强相与Ni基固溶体相之间的结合并不紧密,存在晶间裂纹。然而,在NiCrBSi-TiN复合涂层中,TiN由原位反应合成,与Ni基固溶体相结合紧密。所以,TiN比WC更适合作为NiCrBSi涂层的增强相。
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