WC含量对激光熔覆NiCrBSi-WC复合涂层显微结构及力学性能的影响

目的 为盾构、勘探及采矿等高载荷严苛磨损条件下的构件表面防护提供一种新的涂层方法。方法 以激光熔覆技术为手段,在NiCrBSi粉末中混入30%~80%（体积分数）的球形WC颗粒,用以制备NiCrBSi-WC复合涂层。研究了WC颗粒含量对涂层显微组织形成、硬度、断裂韧性和耐磨性的影响规律。采用SEM分析了涂层的显微组织;通过显微维氏硬度计测试涂层的硬度;通过压痕法测试涂层的断裂韧性;采用磨粒磨损试验表征涂层的耐磨性。结果 当WC颗粒体积分数低于60%时,熔融金属的黏度较低,密度更大的WC颗粒会沉淀,导致涂层表层的WC颗粒含量较低;当WC颗粒体积分数介于60%~80%时,WC颗粒在涂层内均匀分布,涂层内无气孔及裂纹等缺陷。当WC颗粒体积分数达到80%时,熔体黏度过大,使气体难以及时逸出,在涂层内形成大量气孔。随着WC体积分数由30%上升到80%时,涂层的平均硬度由67HRC提高到85HRC。涂层的断裂韧性随WC含量的提高,出现先升高后下降的反常现象。60%WC含量的复合涂层表现出最佳的耐磨性,比滚刀常用材料H13钢提高约9倍。结论 采用常规激光熔覆技术时,添加40%~60%范围内的硬质陶瓷颗粒,可获得硬质颗粒分布均匀且耐磨性与抗冲击性能优异的复合涂层。     

激光熔覆制备WC/Ni-Al基复合涂层高温稳定性研究

在不锈钢基材上通过激光熔覆Ni-Cr-Al-Co-Mo-W-Nb-Ti-C) WC粉末制备出WC陶瓷颗粒增强Ni-Al基复合涂层,并将试样在1 000℃高温大气氛围内保温50h.利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计对涂层高温时效前后的组织、相成分、硬度进行了对比分析和测试.结果显示激光熔覆WC陶瓷颗粒增强Ni-Al基高温耐磨复合涂层经1 000℃×50h时效后,涂层与基材之间没有出现裂纹、孔洞等缺陷,保持着良好的冶金结合.激光熔覆18wt%WC增强Ni-Al基高温耐磨复合涂层具有良好的高温稳定性;激光熔覆28wt%WC增强Ni-Al基高温耐磨复合涂层显微硬度也没有出现明显降低的现象,但合金元素出现了贫化现象.     

电火花沉积与激光熔覆复合涂层的组织与性能

采用激光熔覆工艺和电火花沉积工艺在Q235钢上熔覆铁基合金粉末和WC陶瓷硬质合金,形成复合涂层.采用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计等对复合涂层的相结构、显微组织、显微硬度及耐磨性能进行了分析.结果表明:复合涂层主要是由Fe3W3C、Co3W3C、Si2W、W2C和(Fe0.51Mn0.46 Ni0.03)6C等相组成;复合涂层与基体呈冶金结合,复合涂层中电火花区域中细小的硬质相弥散分布于沉积层中;复合涂层的厚度为140～160 μm,其中电火花沉积区域约为40μm,激光熔覆工艺的涂层厚度为100～120 μm;电火花沉积层的硬度最高可达1262.9 HV,平均硬度为1151.6 HV,电火花沉积区域与激光熔覆区域之间的过渡区域的显微硬度为884.8 HV,激光熔覆区域的显微硬度平均值为578.3 HV;复合涂层的耐磨性较基体耐磨性提高2.3倍,强化层的磨损机理主要是磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损.     

稀土对激光熔覆WC／Ni-P涂层微磨料磨损性能的影响

利用激光熔覆技术在45钢表面制备了WC/NNi-P复合椽层．在Plint TE-66微磨料磨损试验机上进行了磨损试验，研兜了不同稀土含量(CeO2)以及不同粒度WC粉末对涂层熔覆性能、硬度和磨损性能的影响。研究结果表明：稀土的适当加入船移使熔覆时熔体的流动性显著提高．使其气孔率降低，表面平整，能显著提高熔覆层的熔覆性能。随稀土含量增加，涂层组织细化；WC颗粒的加入提高了涂层的显微硬度和耐磨性。在微磨料磨损过程中馀层表面Ni-P基质优先于WC颗粒被磨去，导致WC颗粒从基质中凸起，最后WC颗粒失去基质支撑在磨料的作用下从涂层中脱落。     

超声振动对激光熔覆涂层组织与性能的影响

目的改善传统激光熔覆涂层中常出现的气孔和裂纹等缺陷,提高涂层整体质量和使用性能。方法首先利用粘接剂将镍包WC合金粉末预置于Q235基体材料上,采用正交试验得到的最优参数(激光功率P=1600 W,光斑直径d=5 mm,扫描速度ν=4 mm/s)进行熔覆试验,整个熔覆过程使用20 kHz的超声波发生器,以空气为载体,向激光熔池中同步施加超声振动,然后分别使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度仪及万能摩擦磨损试验机(UMT),对涂层的显微组织、元素成分及物相、显微硬度和耐磨性能进行测量分析。结果施加超声振动后涂层的晶粒更加细小,主要由细小等轴晶和少量枝晶组成,涂层中气孔和裂纹明显减少,Cr、Ni、W、C等元素分布趋于均匀,涂层物相主要由固溶体γ-(Ni, Fe)、金属间化合物Ni3Fe、WC、Cr23C6等组成。施加超声振动后涂层平均显微硬度为937HV,与未施加超声振动的涂层相比提高了13%,摩擦系数为0.43,降低了约26%,耐磨性能提高了44%。结论利用空载式超声振动辅助激光熔覆,可使制备出的涂层质量显著改善,微观组织更加致密,硬度、耐磨性得到提升。     

稳态磁场对激光熔注尖角WC涂层颗粒分布及显微组织的影响

目的研究稳态磁场对激光熔注尖角WC涂层中WC颗粒分布及涂层显微组织的影响。方法利用稳态磁场辅助激光熔注技术,在316L不锈钢基板上制备了WC/316L复合涂层。采用光学显微镜(OM)对涂层横截面形貌进行分析,采用扫描电镜(SEM)观察涂层显微组织结构和特征,采用能谱仪(EDS)对涂层元素分布进行分析,采用维氏硬度计对涂层的显微硬度进行测定。结果未施加稳态磁场的涂层中WC颗粒均匀分布,涂层主要由鱼骨状的共晶组织组成,在涂层的顶部出现了十字花状的过共晶组织。施加稳态磁场后,涂层横截面形貌发生明显改变,涂层深度减小,宽度增大,WC颗粒主要分布在涂层底部。涂层顶部由细长的树枝状组织组成;在涂层中部,树枝状组织变短变粗;在涂层底部,转变为大量的十字花状组织。施加稳态磁场后,涂层的平均显微硬度由未加磁场时的394 HV0.3提高到478 HV0.3。结论稳态磁场能有效作用于熔池,通过抑制熔池的流动来改变WC颗粒的受力状况以及熔池的传热、传质情况,最终改变熔池中WC颗粒的分布状态和涂层的显微组织。     

激光熔覆微-纳米WC复合涂层的干摩擦磨损性能

以微米和纳米12%Co-WC颗粒为增强相,自熔合金粉末Ni60B为粘结剂,采用激光熔覆的方法在45钢表面制备出微-纳米WC增强Ni基合金复合涂层;在MM200磨损试验机上与硬质合金磨轮进行了不同载荷和距离的干磨损试验.并利用SEM、TEM、X-射线、显微硬度计等手段分析熔覆涂层在磨损前和磨损后的显微组织和硬度,研究了各涂层在此干摩擦条件下的磨损机理.结果表明,纳米晶WC的加入能改善涂层的耐磨性能,当纳米级WC和微米级WC各为15%时,涂层耐磨性能最佳,但纯纳米晶WC增强涂层耐磨性不佳,其主要磨损破坏方式随涂层中WC晶粒尺寸变化而有所变化.     

超细VC对激光熔覆H13合金显微组织和耐磨性的影响

目的 通过添加超细VC颗粒改善Q235合金表面激光熔覆H13涂层的显微组织,并提高其耐磨性.方法 利用激光熔覆技术在Q235表面制备了H13/VC复合涂层,利用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪以及摩擦磨损试验仪,研究了超细VC颗粒不同添加量对涂层微观结构、显微硬度和摩擦磨损性能的影响.结果 激光熔覆H13/VC复合涂层...     

激光熔覆铁基复合涂层组织与性能影响

目的 在45#钢基体表面制备耐磨性优于基材的梯度涂层。方法 采用激光熔覆技术在基材上制备连接层后,分别用未添加WC颗粒、添加3%和5%WC颗粒的铁基合金粉末制备耐磨涂层。通过金相显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）,研究了涂层的微观结构。通过维氏显微硬度计和M-2000磨损试验机,研究了涂层的力学性能。结果 获得的涂层致密,没有裂纹和气孔等缺陷,涂层内部WC清晰可见。连接层与基材具有良好的冶金结合,涂层组织主要有等轴组织、柱状组织和共晶组织。耐磨层物相组成为奥氏体（γ-Fe）、γ(Fe,Ni)固溶体和Fe-Ni-Cr固溶体。涂层表面的显微硬度最高为559HV1,比基材硬度（182HV1）提升了3倍多。随着WC含量的增加,涂层的磨损量显著下降。结论 基材与连接层有沿基体表面生长的平面晶,涂层内部为柱状晶、树枝晶和共晶等组织,涂层顶部多为细小的等轴晶。加入WC,涂层的显微硬度提高不明显,但WC周围的组织细化,显微硬度提高。无WC的涂层磨损机理主要为粘着磨损;3%WC的涂层磨损较轻,磨损仍以粘着磨损为主;5%WC的耐磨层磨损最轻,磨损机理为磨粒磨损,WC的加入明显提高了涂层的耐磨性。     

激光熔覆Ni基微-纳米WC金属陶瓷涂层组织及干滑动磨损性能

在45钢表面进行添加微一纳米WC颗粒的镍基自熔粉末激光熔覆处理.得到不同Ni基WC合金涂层.对熔覆层进行显微组织观察、硬度测定以及室温千摩擦磨损试验.结果表明,纳米品WC的加入能改善涂层的耐磨性能,在本试验条件下,当添加的纳米级WC和微米级WC各为15%时.涂层耐磨性能最佳;但纯纳米晶WC增强涂层耐磨性不佳,其主要磨损破坏方式随涂层中WC晶粒尺寸变化而有所变化.     

添加WC对纳米Si_3N_4陶瓷组织和力学性能的影响

采用热压烧结制备了纳米Si3N4-WC复合陶瓷,研究了WC颗粒的添加对纳米Si3N4陶瓷组织与力学性能的影响。试验结果表明:纳米Si3N4-WC复合陶瓷的基体显微组织由粒径小于100nm的等轴晶粒构成,WC以独立颗粒的形式存在,对显微组织影响不大;纳米Si3N4-WC复合陶瓷的硬度随WC含量的增加而升高,但低于单相纳米Si3N4陶瓷,添加适量的WC颗粒可以提高纳米Si3N4陶瓷的断裂韧性,但对抗弯强度影响不大。     

再生料制备的硬质合金组织与性能研究

以电解法回收的WC粉和Co粉为原料,通过高能球磨、压制成型和1400℃真空烧结制成YG6、YG8、YG11三种合金,检测了合金的硬度、密度、抗弯强度、金相等力学性能及微观组织。分析讨论了回收WC粉、Co粉与原生WC粉、Co粉在化学成分、颗粒形貌等方面的不同,通过断口观察测量断裂源缺陷尺寸,分析讨论再生料制备的硬质合金缺陷尺寸与强度的关系。     

金刚石锯片铜基节块的组织与力学性能

采用热压烧结工艺制备了包覆金刚石的铜基锯片节块,在铜基结合剂中加入硬质材料WC和金属Cr,研究了烧结工艺参数和成分配比对锯片节块力学性能的影响,探讨了基体与金刚石的结合状况.结果表明,680℃烧结的节块硬度和抗弯强度均比580℃的高;当保温时间相同时,烧结温度对节块抗弯强度的影响大,对节块硬度的影响较小.烧结温度高,有利于在一定程度上改善金刚石与基体的粘结强度,而保温时间较长将导致锡液聚集.含9%WC节块的硬度和抗弯强度均比含3%WC节块的高;在WC含量相同时,Cr含量的增加可以较显著地提高节块的硬度.含金刚石的节块硬度比不含金刚石的节块硬度有所提高,而抗弯强度明显降低.试验得出的优化铜基结合剂中WC、Cr的添加量为9%WC和15%Cr,最佳烧结工艺为680℃×5 min.     

激光-TIG复合熔注制备WCp／Al复合材料层的微观组织

采用激光-TIG复合熔注工艺,在铝合金表面制备WCp/Al表而复合材料层.通过优化激光功率、TIG电流、扣描速度和送粉率等工艺参数,可以捩得0.5～4.3 mm厚的表面复合材料层.采用XRD、SEM、EDS等手段对表面颗粒强化层的微观组织和成分进行研究.结果表明:熔注层基体的微观组织为过共晶组织;熔注层不同位置的过共晶相具有不同的形貌,熔池上部主要为含有十字花状、鱼骨状、蝶状先共晶相(W1-xAlx)Cy的过共晶组织,而底部的先共晶相呈现块状形态.     

电磁感应熔渗法制备WC颗粒/钢基表面复合材料

提出一种新的表面增强复合材料的制备方法：电磁感应熔渗法。利用电磁感应加热的特点，成功制备了以ZG45为基材，以WC颗粒作为增强相的钢基表面耐磨复合材料。通过光镜、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射等手段研究了复合层组织、组成相及WC陶瓷颗粒与ZG45基体的界面结构。对正火态45钢与复合材料进行了两体磨损性能对比试验，并进行了磨损形貌分析。研究结果表明，复合层厚度均匀，厚度达4mm以上。WC颗粒在复合层中分布均匀。WC与基材间形成了一定厚度的元素扩散层，两者间为明显的冶金结合。硬度测试结果表明，复合层硬度有明显提高，平均硬度为基材的2～3倍。两体磨损性能测试发现，相对于正火态45钢标样，复合材料的耐磨性能提高了36．6倍。     

WCp增强钢基复合材料的三体磨损性能

在室温条件下，选用三体磨粒磨损试验机，石英砂磨料，研究增强相WC颗粒直径对WC，增强钢基表层复合材料磨损性能的影响，以20％Cr高铬铸铁作为标样，计算相对耐磨性值。结果表明，WC，增强钢基表层复合材料相对于20％Cr高铬铸铁的相对耐磨性，随其增强相WC颗粒直径的变小而降低，当增强相WC颗粒直径大于150μm时，相对耐磨性值达到5左右，而当增强相WC颗粒直径小于100μm时，相对耐磨性值降低到1左右，即与20％Cr高铬铸铁的抗磨粒磨损性能相接近。     

等离子熔覆添加WC的Fe-Cr-Ni-B-Si涂层的研究

在Q235钢基体上采用等离子弧熔覆添加30%镍包碳化钨的Fe-Cr-Ni-B-Si合金粉末,制备具有冶金结合的复合涂层.采用OM、SEM、EDS、XRD等研究了涂层的组织,利用显微硬度计测试了涂层的显微硬度分布.结果表明:复合涂层中WC颗粒部分溶解于铁基合金,两相界面形成厚达数微米的反应层,有效提高了涂层与WC的界面结合强度;涂层组织主要由枝晶γ-Fe为基,椭圆状的WC、Cr23C6、Fe6W6C强化相组成,熔覆层的显微硬度可达580～630HV0.2.     

从APT到纳米WC的形貌结构演变

采用扫描电镜和透射电镜等手段研究分析了从仲钨酸铵→紫钨→纳米钨粉→纳米碳化钨粉末的制备过程中,粉末颗粒形貌的演变规律。结果表明,粉末颗粒形貌发生板条状→针尖状→近球状→球状变化,粉末粒度则先变小而后有所增大。同时,我们发现碳化过程中通氢可以降低碳化温度和缩短碳化时间,对制备纳米碳化钨有利。     

原位合成WC_p/W丝增强铁基复合材料的组织与性能

在1100℃和1150℃下,钨丝和灰口铸铁中的石墨相原位合成WC颗粒,该颗粒与未反应的钨丝协同增强灰口铸铁,得到铁基复合材料.通过SEM、XRD、EDS、微观硬度和干式销盘磨损测试等手段,对复合试样进行组织形貌观察及性能测试.结果表明,在1150℃时,原位合成的WC颗粒较大,其复合材料在小的载荷下耐磨性较好;而在1100℃时,原位合成的WC颗粒细小,其复合材料在大的载荷下耐磨性较好.合成反应的机理受到反应物的扩散速度的影响.     

电冶熔铸WC/钢复合材料的显微缺陷

采用电冶熔铸工艺将废弃的WC钢结硬质合金制备成WC/钢复合材料, 研究了复合材料中显微缺陷的形貌及形成机理.结果表明: 电冶熔铸WC/钢复合材料的气孔及夹杂含量少, 可有效解决WC颗粒的偏析.X射线衍射、扫描电镜和透射电镜分析显示, WC颗粒和钢基体界面上发生了界面反应, 生成了高稳定性的Fe3W3C界面层.