论文摘要
为解决热喷涂、堆焊、熔覆等技术制备碳化物涂层中存在的涂层脱落、碳化物分解、碳化物颗粒沉底或上浮、裂纹等问题,研制开发了等离子熔化-注射技术,实现了涂层与基体冶金结合,显著地提高了涂层与基体结合强度。有效解决了涂层中碳化物颗粒沉底或上浮,碳化物颗粒分解等问题,显著提高涂层的耐磨性能。等离子熔化—注射设备造价低廉,加工效率高,技术更容易实现工业化。本文采用等离子熔化-注射技术在Q235钢表面注射WC-Co、SiC颗粒制备出成形良好、无宏观缺陷的碳化物涂层。采用SEM、TEM、XRD及EDS对涂层组织结构及成分进行了分析。采用摩擦磨损实验机测量了涂层干滑动摩擦磨损性能。组织分析结果表明,熔化-注射WC-Co涂层由WC、M6C（Fe3W3C、Co3W3C）、Fe和W2C等相组成。熔化-注射2030μmWC-Co涂层顶部由原始WC颗粒、棒状和十字花状的Fe3W3C、板条状铁基共晶组织和灰色铁基组织构成;中部棒状和十字花状组织比较粗大,灰色铁基共晶组织明显多于涂层顶部;底部棒状及十字花状组织比中部稍多,尺寸较小。熔化-注射200300μmWC-Co涂层顶部WC基本保持原始形貌,颗粒边缘Fe3W3C形成长竿状的“触角”,远离WC的显微组织为网状碳化物和铁基相;涂层中部和底部均由网状碳化物和铁基相组成。熔化-注射200300μmSiC涂层中形成Fe、SiC、石墨等相。在涂层表面,注入的SiC颗粒“镶嵌”在基体中,涂层内部组织由石墨、铁素体、珠光体组成。熔化-注射80120μmSiC时,涂层中除有Fe、Fe3C外,还出现了珠光体和非平衡相。基体预热200℃制备的2030μmWC-Co涂层,顶部组织包括鱼骨状共晶组织、灰色铁基组织及鱼骨状组织周围的黑带;中部析出比较粗大碳化物,呈白色树枝状;底部由未分解的块状WC、十字花状碳化物及鱼骨状共晶组织构成。熔化-注射2030μmWC-Co、200300μm和80120μmSiC涂层组织分布均匀,避免了由于碳化物颗粒与基体密度差引起的颗粒沉底和上浮。采用相同工艺制备200300μmWC-Co涂层中WC-Co分布在涂层的顶部,没有沉底。2030μmWC颗粒注入到熔池中需要克服的临界速度为0.20m/s、实际注入速度为2.6m/s。200300μmWC-Co颗粒所需临界速度为0.063m/s。实际注入速度为0.7m/s。基体表面预涂Ni基自熔合金后,改善WC颗粒与液态基体润湿性,200300μmWC-Co颗粒所需临界速度转变为零,颗粒在熔池中运行初始速度为0.07m/s,200300μmWC-Co在整个涂层中分布均匀。随着颗粒粒度增加,涂层中的颗粒分解程度降低,大颗粒200300μmWC-Co和200300μmSiC颗粒分解程度均低于小颗粒2030μmWC-Co、80120μmSiC。基体温度提高,由于熔池加深及凝固时间变长,涂层中WC-Co颗粒分解和下沉倾向增加。等离子熔化—注射碳化物涂层磨损机理主要是磨粒磨损,涂层耐磨性有明显提高。注入大颗粒的碳化物涂层中保留大量的原始碳化物,耐磨性能明显高于注入小颗粒碳化物涂层的耐磨性能。干滑动摩擦磨损条件下,等离子熔化-注射200300μmWC-Co涂层的耐磨性大约为Q235钢的87倍;2030μmWC-Co涂层的耐磨性为Q235钢的14倍;200300μmSiC颗粒涂层耐磨性为Q235钢的48倍,80120μmSiC颗粒涂层的耐磨性为Q235钢的4倍。