Inconel718合金激光熔覆Ni60-SiC/Ti3SiC2复合涂层研究

作     者：贺泊铭 

作者单位：中南林业科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘秀波

授予年度：2024年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：Inconel718 激光熔覆 复合涂层 摩擦学性能 Ni60-SiC/Ti3SiC2 抗氧化性能 

摘      要：Inconel718是一种应用于航空发动机上的镍基高温合金,主要用在发动机涡轮叶片等运动零部件上,随着工业的发展,对零部件在极端工况下的使用及材料寿命等要求也在逐步提高。并且由于其长期暴露在高温、高压以及高速运转的环境中,很容易发生磨损失效,所以研究提高Inconel718的摩擦学性能具有重要的价值。 本次工作以具有良好韧性的Ni60金属粉末和优异耐磨性的SiC粉末和具有优异自润滑性能的Ti3SiC2粉末为原料,设计了不同的粉末体系,并通过激光熔覆同步送粉技术将其熔覆在Inconel718基体上形成耐磨复合涂层。测试基体和复合涂层在室温、600℃下的摩擦学性能及显微硬度,并探索其在800℃下的抗氧化特性,利用XRD、SEM和EDS对复合涂层的物相、显微组织、表面磨损和氧化形貌进行了表征,深入分析复合涂层的磨损机理及氧化行为。 结果表明:涂层与基体之间呈现良好的冶金结合,并且SiC的添加起到了对微观组织的细化作用,从而提高了其性能。Ni60-SiC的主要物相为金属间化合物FeNi3、C rNi3,硅化物Cr3Si,碳化物Cr23C6以及硼化物Cr2B。复合涂层的平均显微硬度为366.1 HV0.5～749.5HV0.5,约为基体(238.3 HV0.5)的1.5～4.0倍左右,即复合涂层在不同程度上提高了材料的硬度。室温和高温下涂层的平均摩擦系数均低于基体,并且随SiC的添加量呈现先减小后增加的规律。当SiC添加到20%时,涂层拥有最好的减摩效果。添加润滑相Ti3SiC2之后,在Si元素对氧化的促进以及表面硬质相增多的共同作用下,磨损表层由硬质磨粒以及氧化膜堆积形成稳定自润滑磨损面,使得涂层的平均摩擦系数和磨损率进一步减低,主要磨损机制为氧化磨损及磨粒磨损。 复合涂层800℃下的氧化动力学曲线显示,相较于基体材料,涂层的的抗氧化性均得到了提高,100h内复合涂层的氧化增重都低于基体,氧化速率常数最低降至10Ti3SiC2复合涂层的2.31mg2·cm-4·h-1,远小于基体的42.95mg2·cm-4·h-1。物相分析得基体表面氧化物主要是Cr2O3,而20SiC复合涂层除了Cr2O3之外,还存在Fe2O3、TiO2、SiO2等金属氧化物,10Ti3SiC2复合涂层主要检测出了 SiO2的衍射峰。