激光熔覆WC增強Ni基復合涂層的研究進展前言 鎳基合金具有優(yōu)良的抗氧化性、耐腐蝕性、滲透性、高溫自潤滑性以及適中的價格，是應用較為廣泛的激光熔覆材料。但是，鎳基熔覆涂層在硬度及耐磨性等方面，無法滿足設備零部件在特殊環(huán)境下的使用需要，因此近些年陶瓷增強鎳基復合涂層成為研究的熱點。 WC 具有高熔點、高硬度和較低的熱膨脹系數(shù)，同時與鎳基合金的潤濕性良好，是一種較為理想的陶瓷添加相材料。在鎳基合金粉末中加入 WC 陶瓷顆粒增強相，經(jīng)激光熔覆制成金屬基陶瓷復合涂層，可將金屬的強韌性、良好的工藝性和陶瓷材料優(yōu)異的耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化特性有機結(jié)合起來，具有潛在的應用前景。
鋮豐材料球形鑄造碳化鎢粉末 本文從 WC 的性質(zhì)和強化機制、等方面進行簡述。 WC 在復合涂層中的作用 WC 的強化機制 WC 是一種具有高熔點、高硬度的碳化物陶瓷材料，其主要物理性質(zhì)如表1所示。 Ni 基合金中引入 WC 可以顯著提高涂層的硬度和耐磨性，其強化機制主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
1）WC 具有較高的硬度和化學穩(wěn)定性，未溶解的 WC 顆粒分布在復合涂層的內(nèi)部和表面，可以有效提高熔覆層的硬度，進而改善耐磨性。 例如，ZHOU Shao-wei, XU Tian-yu, HU Chang, et al. A Comparative Study of Tungsten Carbide and Carbon Nano tubes Reinforced Inconel 625 Composite Coatings Fabricated by Laser Cladding[J]. Optics & Laser Technology, 2021, 140: 106967. 在激光熔覆 WC/Inconel 625 復合涂層的研究中發(fā)現(xiàn)，熔覆過程中，未分解的 WC 顆粒和 WC 部分溶解生成的 W2C、 Fe3W3C 等次生化合物，可以作為形核中心，促進大量二次枝晶在其周圍形成（如圖1所示）；同時，與 Inconel 625 涂層相比，WC/Inconel 625 復合涂層的組織更細?。ㄈ?/span>圖2所示），平均硬度可達 589HV。
2）激光熔覆過程中，WC 在熔池中可以作為異質(zhì)形核中心，促進大量二次枝晶的形成，增大形核率， 進而細化晶粒。根據(jù) Hall-Patch 公式可知，晶粒細化有助于提高組織的硬度。 3）在激光熱作用下，部分 WC 在熔池中會發(fā)生分解反應：WC 分解產(chǎn)生的 W 和 C 元素會固溶于基體中，起到固溶強化的作用 小結(jié) 實際上，WC 對復合涂層的性能影響是上述多種機制綜合作用的結(jié)果。一般認為，WC 的溶解和脫碳不利于復合涂層的耐磨性能。綜上所述，WC 增強相的存在形式和分布規(guī)律，對激光熔覆 WC 增強 Ni 基復合涂層的性能起著關(guān)鍵作用。 WC 對復合涂層耐磨性能的影響 現(xiàn)階段，激光熔覆 WC 增強 Ni 基復合涂層主要應用于耐磨領域，因此對復合涂層性能的研究主要集中于耐磨性能。近些年，國內(nèi)外學者對激光熔覆 WC增強 Ni 基復合涂層的常溫和高溫耐磨性能進行了大量研究，采用的摩擦磨損性能測試方法也不盡相同。 表 2 總結(jié)了部分文獻中采用的實驗方法。  WC 的添加量 金屬基復合涂層中陶瓷添加相的引入一般分為直接添加和原位合成兩種方法。對于激光熔覆 WC 增強 Ni 基復合涂層，WC 顆粒主要以直接添加的方式與 Ni 基合金粉末機械混合后進行熔覆。不同添加量的 WC 顆粒對激光熔覆 Ni 基復合涂層的物相、組織和性能具有顯著影響。 ORTIZ A, GARCíA A, CADENAS M, et al. WC Particles Distribution Model in the Cross-Section of Laser Cladded NiCrBSi + WC Coatings, for Different WC[J]. Surface and Coatings Technology, 2017, 324: 298-306. 利用激光熔覆技術(shù)制備了不同 WC 添加量的 NiCrBSi+WC 復合涂層（如圖 7所示），重點討論了 WC 顆粒沿涂層深度方向的分布狀態(tài)及實際含量的變化規(guī)律。 結(jié)果表明，WC 在涂層中的實際平均含量約為理論送粉量的 80%，且其在結(jié)合處附近的含量高于理論值，而在涂層上方區(qū)域的實際含量則低于理論值。
WC 的尺寸 常用的WC增強顆粒是微米級 WC，微米 WC 具 有高硬度、高彈性模量、高耐磨性、高導熱性以及出色的熱穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)勢，作為增強相在耐磨材料領域受到廣泛關(guān)注。目前使用的微米 WC顆粒大多為球形
鋮豐材料球形鑄造碳化鎢粉末 WC 的種類 WC 在熔覆過程中易產(chǎn)生脫碳、燒損和氧化現(xiàn)象，同時 WC 含量的增加易導致顆粒聚集以及涂層裂紋的萌生。為解決上述問題，可以使用鎳或鈷作為WC 的粘結(jié)劑，制成鎳基WC（WC-Ni）粉末，提高 WC 增強相與基體材料的結(jié)合強度，進而改善熔覆層的質(zhì)量。 CHENG FENG CHENG FENG 鎳基高硬耐磨無裂合金粉末
鎳基高硬耐磨無裂合金粉末，具有高硬度，高耐磨性和耐腐蝕的特點，適用于超硬材料工具的表面激光熔覆。應用場面包括礦山開采，隧道挖掘，熱軋鋼輥表面增強等。
產(chǎn)品特性 1. 高硬度。 定制碳化鎢具有高純度，高球形度，低游離碳，熔覆層致密無氣孔，測試數(shù)據(jù)硬度顯著高于一般激光熔覆材料。 2. 高耐磨性。 自研鎳基合金具有很強耐腐蝕能力，并且與碳化鎢之間具有更強的包覆親和力，降低了使用過程的磨粒磨損。 3. 不開裂。 獨特的成分配比和加工工藝保證了材料的使用過程中能夠穩(wěn)定成型，在高碳化鎢濃度下亦不出現(xiàn)熔覆層或結(jié)合層開裂現(xiàn)象。 4. 與基體結(jié)合力強。 鎳基配方具對鋼質(zhì)基體有極高的浸潤性，在熔覆過程中形成深度冶金結(jié)合。從而熔覆層獲得與基體較高的結(jié)合力，樣塊測試抗拉強度高達1400MPa。 5. 高韌性，耐高溫沖擊。 鎳基配方材料具有優(yōu)異的高溫力學性能，能勝任800℃高溫沖擊的工作環(huán)境。 6. 高性價比。 粉末制造國產(chǎn)規(guī)模化，品質(zhì)可替代進口金屬陶瓷產(chǎn)品，價格實惠，現(xiàn)貨充足。
鎳基高硬耐磨無裂合金粉末顯微鏡圖
場景應用 參考文獻： 【激光熔覆WC增強Ni基復合涂層的研究進展】 文章編號：1001-3660(2022)02-0129-15 |
