表面機(jī)械研磨法制備Ni+WC復(fù)合涂層的耐磨性研究

鈦合金具有一系列優(yōu)異特性,例如密度低、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫、生物相容性好等,并且在航空航天、醫(yī)療設(shè)備、海洋工程等行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用。

為強(qiáng)化TA1鈦合金組織結(jié)構(gòu)并提高其耐磨性能,進(jìn)一步擴(kuò)寬其應(yīng)用,需對(duì)TA1鈦合金進(jìn)行表面強(qiáng)化處理.

為強(qiáng)化TA1鈦合金的組織結(jié)構(gòu)并提高其耐磨損性能,采用行星式機(jī)械球磨裝置,在Ni與WC2種粉末配比分別為1:1、2:1、3:1、4:1及5:1的5種混合型增強(qiáng)介質(zhì)下對(duì)TA1合金進(jìn)行表面機(jī)械復(fù)合強(qiáng)化處理，結(jié)果顯示:TA1鈦合金表面形成由Ni+WC涂層+形變細(xì)晶區(qū)組成的復(fù)合強(qiáng)化層,涂層區(qū)厚度在40um以上,其中Ni:WC為3:1時(shí)所得復(fù)合涂層內(nèi)部缺陷最少,且連續(xù)均勻。此種Ni、WC混合增強(qiáng)介質(zhì)下表層機(jī)械復(fù)合強(qiáng)化工藝可大幅提升TA1鈦合金表層耐磨損性?；旌显鰪?qiáng)顆粒涂層具有較強(qiáng)的減摩效果,其磨損機(jī)制主要是磨粒磨損與氧化磨損。

經(jīng)過(guò)表面機(jī)械復(fù)合強(qiáng)化后,隨著深度的增加,在樣品截面可清晰觀察到存在涂層區(qū)、形變細(xì)晶區(qū)、過(guò)渡區(qū)、基體4個(gè)區(qū)域,整個(gè)組織呈現(xiàn)梯度變化的特征.圖1為Ni與WC不同比例混合增強(qiáng)介質(zhì)強(qiáng)化后TA1合金的截面金相顯微形貌.

Ni+WC增強(qiáng)介質(zhì)下表面機(jī)械復(fù)合強(qiáng)化涂層的結(jié)合程度與缺陷的多少會(huì)受粘結(jié)相Ni粉含量的影響。綜合考慮涂層的顯微組織和表面性能,認(rèn)為采用Ni∶WC為3∶1的混合粉末制備涂層最合適.

圖2為2種載荷下不同強(qiáng)化樣品摩擦系數(shù)曲線，相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

由此可見(jiàn)總體來(lái)看在2種載荷下,Ni∶WC為3∶1摩擦系數(shù)更小且較為穩(wěn)定,5∶1摩擦系數(shù)穩(wěn)定且低于原樣.其余3種比例摩擦系數(shù)提升有限或摩擦系數(shù)不穩(wěn)定.

圖3為Ni與WC5種比例混合增強(qiáng)介質(zhì)下表面機(jī)械復(fù)合強(qiáng)化處理后TA1強(qiáng)化樣在5,10N載荷下的磨損量.可知強(qiáng)化樣磨損量均小于未經(jīng)處理的TA1原樣.

當(dāng)混合強(qiáng)化介質(zhì)Ni與WC的比例為3∶1時(shí),耐磨性能最為優(yōu)異,與前面低摩擦系數(shù)區(qū)間穩(wěn)

定時(shí)間更長(zhǎng)更優(yōu)異相對(duì)應(yīng).

Ni與WC的5種比例混合型增強(qiáng)介質(zhì)表面機(jī)械復(fù)合強(qiáng)化后進(jìn)行磨損試驗(yàn)后的截面輪廓曲線如圖4.

由于鈦合金物理屬性質(zhì)軟,載荷一定的情況下,易發(fā)生塑性變形.經(jīng)過(guò)接觸壓力所導(dǎo)致的塑性變形會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)而加強(qiáng),從而導(dǎo)致磨痕深度和磨痕寬度逐漸增大.

Ni與WC5種比例混合型增強(qiáng)介質(zhì)表面機(jī)械復(fù)合強(qiáng)化后進(jìn)行磨損試驗(yàn)(5N)后的3D形貌如圖5,磨損試驗(yàn)(10N)后的3D形貌如圖6所示.

結(jié)合磨損量和磨損形貌的試驗(yàn)結(jié)果,此種混合型增強(qiáng)介質(zhì)處理后的強(qiáng)化樣的磨損性能明顯改善,大大提高了TA1合金的耐磨性能.由圖4-2種載荷下5種不同比例的磨損輪廓曲線可知Ni∶WC為3∶1時(shí)磨損輪廓寬度小、深度淺,進(jìn)一步說(shuō)明此比例更具優(yōu)異的耐磨損性能.

1、經(jīng)過(guò)Ni+WC粉末混合增強(qiáng)體系下表面機(jī)械復(fù)合強(qiáng)化后,表面形成由Ni+WC涂層+形變細(xì)晶區(qū)組成的復(fù)合強(qiáng)化層,隨著深度的增加,整個(gè)組織呈現(xiàn)梯度變化的特征,Ni∶WC為3∶1時(shí)涂層的微觀缺陷最少,結(jié)合程度更好.

2、經(jīng)過(guò)Ni+WC粉末混合增強(qiáng)體系下機(jī)械形變復(fù)合強(qiáng)化后在5N、10N載荷下,表面機(jī)械復(fù)合強(qiáng)化處理后的TA1合金摩擦系數(shù)較原樣相比,均存在低摩擦系數(shù)區(qū).總體來(lái)看,5N載荷下,3∶1配比的低摩擦系數(shù)區(qū)間持久,10N載荷下,3∶1配比的低摩擦系數(shù)區(qū)間更為穩(wěn)定;且比例為3∶1時(shí)磨損量最少,低摩擦系數(shù)持續(xù)時(shí)間更久且較為穩(wěn)定,可見(jiàn)此比例下的減摩效果更為優(yōu)異.

CHENG FENG

CHENG FENG

球形鎳包碳化鎢粉末，使用物理沉積法在碳化鎢表面包覆 Ni 基增強(qiáng)相，提高復(fù)合材料的浸潤(rùn)性及緩沖效果，可用于激光熔覆及傳統(tǒng)粉末冶金生產(chǎn)。廣泛用于超硬材料、硬質(zhì)合金、能加大合金的強(qiáng)度、耐磨能力和承受沖擊負(fù)荷的能力等。

高把持力鎳包覆層能夠保證碳化鎢復(fù)合粉末在使用和篩分過(guò)程基本不會(huì)剝離，保證復(fù)合材料粉末使用的一致性和可循環(huán)性。

【表面機(jī)械研磨法制備Ni+WC復(fù)合涂層的耐磨性研究 】

文章編號(hào)：1001-1560（2024）01-0163-08