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氩弧熔敷原位自生颗粒增强镍基复合涂层研究

王永东

   在煤矿开采领域,刮板运输机中部底槽的主要材料为16Mn钢,每年因为磨损失效造成巨大的经济损失。为了提高16Mn钢的耐磨性,本文采用氩弧熔敷方法进行了Ni60A、Ti-C和Ti-C-Nb等材料体系的熔敷试验。优选出了氩弧熔敷最佳工艺参数。利用XRD、SEM、TEM等手段对涂层的微观组织进行了分析;热力学计算了原位合成TiC的可行性;研究了TiC的形成条件和长大机制,并测试了熔敷层在不同载荷作用下不同时间的摩擦磨损性能,分析了磨损机制。 对不同预涂层厚度、熔敷电流、熔敷速度工艺参数下熔敷试验的硬度测试结果表明,最佳熔敷工艺参数为:预涂层厚度为1.5mm左右,熔敷电流120A,熔敷速度为8.0mm/s。 微观组织和透射分析表明:熔敷层的组织分为三个区:熔敷区、稀释区和热影响区,在热影响区和稀释区交界处存在扩散层。熔敷层与基体结合无气孔、裂纹等缺陷,呈冶金结合。复合涂层内部组织存在明显的梯度分布,在表层的颗粒相比较多。对复合涂层的能谱和物相分析表明:涂层组织由γ-Ni, Cr23C6、TiC和(Ti,Nb)C颗粒相组成。TiC和(Ti,Nb)C颗粒相弥散分布在γ-Ni晶界和晶内,其形态为粒状、花瓣状、团絮状和树枝状。Nb元素固溶到TiC颗粒相中,形成(Ti,Nb)C化合物。合金粉末中Nb含量越高,(Ti,Nb)C的Nb含量就越高。TiC颗粒与基体金属的结合界面洁净,无反应物、附着物和非晶相,界面清洁。 热力学分析证明氩弧熔敷条件下,熔敷过程中Ti和C发生冶金反应原位合成TiC的可行性。原位合成TiC生长基元为八面体形状,生长机制包括独立形核长大,沉淀析出和连接生长。连接生长为八面体顶角连接和棱边连接,长大形态为花瓣状、团絮状和枝晶状。 通过对母材、熔敷层的磨损试验表明:在相同磨损条件下,氩弧熔敷Ti-C熔敷层的相对耐磨性是Ni60熔敷层的1.5倍,是16Mn钢的7倍;氩弧熔敷Ti-C-Nb熔敷层的相对耐磨性是Ni60熔敷层的2倍,是16Mn钢的11倍。16Mn钢的磨损机理为磨粒磨损、粘着磨损和剥层磨损;氩弧熔敷Ni60熔敷层和Ti-C复合涂层的磨损机理为磨粒磨损、粘着磨损。氩弧熔敷Ti-C-Nb熔敷层的磨损机理为显微擦划磨损和氧化磨损。原位合成TiC和(Ti,Nb)C与涂层基体结合良好,磨损过程中未发现脱落,复合涂层表现优异的抗磨性能。……   
[关键词]:氩弧熔敷;原位合成;TiC和(Ti;Nb)C;磨损性能
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:哈尔滨工程大学2009年