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tic含量对tic/ni复合涂层组织、硬度及耐蚀性的影响

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材料热处理学报 2024年第6期45卷 130-138页

作者：王永霞陈林婷冯明凤蚌埠学院机械与车辆工程学院安徽蚌埠233030 安徽煜宸激光技术有限公司安徽蚌埠233000 安徽省增材制造工程研究中心安徽蚌埠233030

为了提高价格低廉的45钢的零件在苛刻环境中的使用寿命,采用激光熔覆技术在其表面制备了不同tic含量的tic/ni熔覆层,采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计和电化学工作站等分析了涂层的组织、硬度及耐蚀性。结果表明:ni3... 详细信息

为了提高价格低廉的45钢的零件在苛刻环境中的使用寿命,采用激光熔覆技术在其表面制备了不同tic含量的tic/ni熔覆层,采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计和电化学工作站等分析了涂层的组织、硬度及耐蚀性。结果表明:ni35熔覆层枝晶为富含Fe、ni的γ-ni固溶体,晶间为γ-ni固溶体和富含B、C的M_(23)C_(6)、Cr_(2)B组成的共晶体,熔覆层从底层到上层依次为平面晶、胞状晶、柱状晶、柱状树枝晶、等轴晶和细等轴晶,枝晶中的Cr元素随着距熔覆层底部距离的增加出现富集。添加10%和20%tic的熔覆层下层为粗大的柱状晶和柱状树枝晶,中层和上层为等轴晶,tic以块状和四边形的形态分布于枝晶间。添加30%tic的熔覆层分布有块状、杆状、粒状、鱼骨状和花瓣状的tic,枝晶为细小的等轴晶。不同tic含量的熔覆层硬度均呈现下层和上层硬度高,中层硬度低的现象。含10%tic的熔覆层平均硬度最低,含30%tic的平均硬度最高。未添加tic的ni35熔覆层腐蚀电流密度最小,钝化膜稳定性最好,耐蚀性最优,添加tic后熔覆层的耐蚀性下降,但随着tic含量的升高,熔覆层耐蚀性逐渐升高。

关键词： tic/ni复合涂层激光熔覆显微硬度耐蚀性

42CrMoA钢表面等离子熔覆tic/ni复合涂层的制备和性能研究

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42CrMoA钢表面等离子熔覆TiC/Ni复合涂层的制备和性能研究

作者：罗大卫哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着近年来我国船舶工业的快速发展,船舶零部件的修复与再制造逐步成为一项热门研究课题。曲轴作为船舶轮机的重要零部件之一,在运行过程中容易发生表面的磨损等材料失效问题,对此需要采用适当的材料表面工程技术对受损船舶轮机曲轴进... 详细信息

随着近年来我国船舶工业的快速发展,船舶零部件的修复与再制造逐步成为一项热门研究课题。曲轴作为船舶轮机的重要零部件之一,在运行过程中容易发生表面的磨损等材料失效问题,对此需要采用适当的材料表面工程技术对受损船舶轮机曲轴进行修复。相较于其他材料表面工程技术,等离子熔覆具有适用范围宽、成本低、可靠性好、制备得到的涂层质量高等诸多优点。因此针对船舶轮机曲轴表面的修复与再制造,等离子熔覆不仅具备一定的理论研究价值,还具有广阔的工程应用发展前景。本论文以ni60A粉末作为涂层金属基,设计[Ti+C]和[Ti+CrC]两组粉末体系原位合成tic陶瓷相,在船舶轮机曲轴常用材料42CrMoA钢表面等离子熔覆制备tic/ni复合涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪研究tic/ni复合涂层的物相组成、显微形貌和化学元素的分布情况;利用显微硬度计、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机分析测试tic/ni复合涂层的机械性能;利用电化学工作站和浸泡腐蚀试验研究tic/ni复合涂层在人工模拟海水中的耐腐蚀性能。研究结果表明,采用[Ti+C]和[Ti+CrC]两组混合粉末体系均能够在42CrMoA钢表面等离子熔覆制备出无裂纹、气孔和夹渣等宏观缺陷且与基体间具有良好冶金结合的tic/ni复合涂层。tic/ni复合涂层的物相组成主要为(Fe,ni)、tic、CrC和CrC。由[Ti+C]和[Ti+CrC]两组混合粉末体系制备得到的tic/ni复合涂层在显微形貌上存在微小差异:[Ti+C]组由涂层结合带至涂层中部区域晶粒组织形态依次为平面柱状晶和细树枝状柱状晶,tic陶瓷相以细小颗粒状弥散分布于(Fe,ni)构成的金属基体中;[Ti+CrC]组由涂层结合带至涂层中部区域晶粒组织形态为细树枝状柱状晶,tic陶瓷相主要为等轴或近似等轴晶状组织构成的复合结构。当tic在tic/ni复合涂层中的质量分数增加至12wt.%时,部分tic在(Fe,ni)的晶界处发生团聚。tic/ni复合涂层受到固溶强化、细晶强化和弥散强化等多种材料强化机制的共同作用,其力学性能和耐摩擦磨损性能较等离子熔覆ni基涂层有显著提高。由[Ti+CrC]组等离子熔覆制备的8wt.%tic/ni复合涂层表现出最佳的综合力学性能,其显微硬度平均值为632HV,弹性模量为212GPa,断裂韧性K为72.8MPa√m。tic/ni复合涂层的耐摩擦磨损性能随tic质量分数的增加而提高。其中,12wt.%tic/ni复合涂层C3的质量磨损率最小,为0.031kg/m,相较于等离子熔覆ni基涂层的质量磨损率降低约61%,相较于42CrMoA钢基体的质量磨损率降低约68%。tic/ni复合涂层磨痕中的犁沟划痕深度浅并且显微剥落现象较少,说明tic/ni复合涂层具有较强的抵抗犁沟变形和黏着磨损的能力。电化学测试结果表明,tic/ni复合涂层的自腐蚀电位略负于等离子熔覆ni基涂层,其自腐蚀电流密度与tic陶瓷相的质量分数存在正相关关系。人工模拟海水浸泡腐蚀试验结果表明,tic/ni复合涂层存在初期较快的腐蚀速率和后期腐蚀速率相对稳定的两个阶段,腐蚀速率随着tic陶瓷相质量分数的增加而增大。tic/ni复合涂层腐蚀产物的物相主要为ni(OH)、CrO和FeO,其腐蚀形貌特征是以点蚀为主,点蚀坑较易在tic/ni复合涂层的富tic陶瓷相区域附近形成。

关键词：等离子熔覆 tic/ni复合涂层显微组织机械性能耐腐蚀性能

以蔗糖为前驱体火焰喷涂原位tic增强ni基复合涂层的制备

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中国有色金属学报 2008年第11期18卷 1983-1988页

作者：张守全王海涛黄继华朱警雷刘慧渊张华北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 厦门金鹭特种合金有限公司厦门361006

以蔗糖为碳源,采用前驱体热分解技术制备ni-Ti-C系反应热喷涂混合粉末,通过氧乙炔火焰喷涂技术合成并同时沉积原位tic颗粒增强的ni基合金复合涂层。利用XRD和SEM研究混合粉末和涂层的相成分和组织结构,分析tic/ni复合涂层的硬度和耐磨... 详细信息

以蔗糖为碳源,采用前驱体热分解技术制备ni-Ti-C系反应热喷涂混合粉末,通过氧乙炔火焰喷涂技术合成并同时沉积原位tic颗粒增强的ni基合金复合涂层。利用XRD和SEM研究混合粉末和涂层的相成分和组织结构,分析tic/ni复合涂层的硬度和耐磨性。结果表明:反应火焰喷涂tic/ni复合涂层主要由tic和ni基体组成,并含少量的ni3Ti和Ti3O5;涂层由复合强化片层相互叠加而成,复合强化片层中tic颗粒均匀分布于ni基体中,tic颗粒呈球形,粒度达到亚微米级;涂层具有较高的硬度和耐磨性,复合强化片层显微硬度为HV0.21 433,涂层的耐磨性能远优于基板材料45号钢和对比涂层ni60的耐磨性。

关键词： tic/ni复合涂层反应热喷涂蔗糖原位tic颗粒

tic增强镍基复合涂层的制备及组织性能研究

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TiC增强镍基复合涂层的制备及组织性能研究

作者：李德民昆明理工大学

学位级别：硕士

本文主要以tic、ni60粉末为原料,利用等离子熔覆和激光熔覆设备在碳钢基体上制备碳化钛增强镍基（tic/ni）复合涂层。利用扫描电镜（SEM）附带能谱（EDS）和X射线衍射仪（XRD）观察了涂层内物相的组成和微观结构,测试了涂层的显微硬度... 详细信息

本文主要以tic、ni60粉末为原料,利用等离子熔覆和激光熔覆设备在碳钢基体上制备碳化钛增强镍基（tic/ni）复合涂层。利用扫描电镜（SEM）附带能谱（EDS）和X射线衍射仪（XRD）观察了涂层内物相的组成和微观结构,测试了涂层的显微硬度、耐磨性、耐蚀性。研究了制备过程中不同功率、不同扫描速度、不同碳化钛含量对所制备复合涂层微观结构和涂层中碳化钛的分布状态、晶粒尺寸、形态及涂层性能的影响。分析研究了tic/ni复合涂层制备过程中的组织演化和耐磨机理。以期可以制备出高耐磨且具有一定耐蚀性的综合性能优良的耐磨防腐tic/ni复合涂层,为特定服役条件下易磨零件提供防护并对已损伤零件进行修复。通过具体的研究得到了以下主要结论:（1）熔覆制备的tic/ni复合涂层在涂层与基体的交界处形成了融合线,涂层与基体之间形成高质量的冶金结合。（2）等离子熔覆制备的复合涂层中存在较多气孔裂纹等缺陷,并且随着扫描速度的增加涂层内的缺陷明显增多。而激光熔覆复合涂层内未观察到明显缺陷,但其涂层厚度随熔覆功率的增大和扫描速度的减慢而增大,其晶粒尺寸的变化规律则与之相反。（3）在等离子熔覆过程中:增强相tic主要集中于涂层顶部,并且由外向内递减,复合涂层内tic出现了较为明显的聚集并且聚集处出现较多孔洞裂纹等缺陷。在激光熔覆过程中:增强相tic分布于整个涂层且分布较为均匀,但碳化钛晶粒尺寸随扫描速度降低、熔覆功率增加、碳化钛含量的增多有明显的长大现象。（4）等离子熔覆制备的复合涂层中显微硬度随涂层深度的变化波动较大。扫描速度最高时等离子熔覆复合涂层的显微硬度最高,且其硬度随熔覆功率的增大先升高后降低。相比较而言,激光熔覆tic/ni复合涂层的显微硬度在整个涂层内都较为平均且工艺参数对其影响不大。tic含量对激光熔覆和等离子熔覆制备的复合涂层的影响较大,tic添加量最高时均达到涂层的最大平均硬度。（5）等离子熔覆复合涂层的平均摩擦系数随着扫描速度的降低逐渐降低,随熔覆功率的增大先升高后降低。对激光熔覆而言,不同扫描速度下复合涂层的平均摩擦系数相差不大都维持在0.48左右。含10%tic的激光熔覆复合涂层的摩擦系数更稳定,而在等离子熔覆过程中涂层的摩擦系数随碳化钛含量的增加而降低。复合涂层的磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损,其中造成磨粒磨损的部分原因是涂层中脱落和破碎的tic引起的。（6）等离子熔覆制备的复合涂层内出现了花蕊状铬的碳化物,碳化物的各条枝晶钉扎于涂层基体中起到了较强的强化作用,有效地增强了涂层的摩擦磨损性能。同时因为热输入对激光熔覆复合涂层的厚度影响较大（如低功率、高扫描速度、高碳化钛含量时涂层厚度较低）,在长时间的磨损过程中容易磨损到基体,所以其平均摩擦系数较大。（7）等离子熔覆制备的复合涂层的耐蚀性随着扫描速度和熔覆功率的增加先降低后升高。激光熔覆制备的复合涂层其耐蚀性随着扫描速度的增加逐渐降低,随着熔覆功率的增加先降低后升高。极化试验结果表明,在激光熔覆中随着tic含量的增加,复合涂层的耐蚀性先降低后提高,而等离子制备的复合涂层的耐蚀性随碳化钛含量的增加而降低。

关键词：等离子熔覆激光熔覆 tic/ni复合涂层组织性能

激光熔覆tic增强镍基涂层的微观组织演变及性能研究

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激光熔覆TiC增强镍基涂层的微观组织演变及性能研究

作者：彭晨中国民航大学

学位级别：硕士

球墨铸铁因其铸造性能好、造价成本相对低、机械性能较优、较高的韧性和强度,广泛地应用于制造工业中,特别是发动机零部件的生产中,但由于球墨铸件的服役条件恶劣,易因为表面磨损、疲劳和裂纹等缺陷失效而大大缩短其服役寿命,通过激光... 详细信息

球墨铸铁因其铸造性能好、造价成本相对低、机械性能较优、较高的韧性和强度,广泛地应用于制造工业中,特别是发动机零部件的生产中,但由于球墨铸件的服役条件恶劣,易因为表面磨损、疲劳和裂纹等缺陷失效而大大缩短其服役寿命,通过激光熔覆自熔性合金粉末ni来改善和修复,然而ni基涂层中也存在孔隙缺陷和性能提升并不显著等问题。本文通过激光熔覆制备tic/ni复合涂层以提高球墨铸件的耐磨性能,并在此基础上,添加不同含量的Ti粉进一步改善tic/ni复合涂层的组织及性能。首先,通过宏/微观组织表征及性能测试,明确了激光熔覆工艺参数与tic/ni复合涂层组织和性能之间的联系,优化了激光熔覆工艺参数;其次,研究了tic含量对tic/ni复合涂层组织和性能的影响,对比分析tic含量对复合涂层的裂纹敏感性、显微硬度、微观组织、物相分析和摩擦磨损性能的影响及其规律;最后,为降低涂层的裂纹敏感性,提高复合涂层的综合性能,研究分析了不同Ti添加量的tic/ni复合涂层的裂纹敏感性、显微硬度、微观组织、物相分析和耐磨性强化机理和磨损机理。主要结论如下:(1)优化了激光熔覆tic/ni复合涂层工艺参数。基于控制变量法设计工艺参数方案,以熔宽、熔高、熔深、稀释率和微观组织等为评价指标,分析评价了激光功率和扫描速率对tic/ni熔覆层成形质量、组织及性能的影响。最终得出采用1800W的激光功率和600mm/min的扫描速率制备的熔覆层具有较好的宏观形貌和几何特征。(2)分析了激光熔覆tic/ni复合涂层中tic含量对复合涂层组织及性能的影响。发现tic含量的增加复合涂层的显微硬度也得到较明显提高,摩擦系数和磨损率有较明显下降,主要是由于tic在复合涂层中起到了第二相强化、弥散强化和细晶强化的综合作用,但是带来了裂纹敏感性和孔隙率提高的问题。(3)在10%tic-ni复合涂层中增加Ti的添加量,发现随着Ti添加量的增加复合涂层的裂纹敏感性、气孔缺陷明显减少,显微硬度和耐磨性能呈现先上升后下降的趋势。结合XRD可以发现5Ti-10tic-ni涂层表现出更好的显微硬度的原因是tic和Cr B的综合强化作用。(4)针对不同球墨铸件服役工况温度的不同,比较三种不同Ti含量的复合涂层分别在25℃、200℃和400℃工作温度下的耐磨性能,发现2Ti-10tic-ni涂层在25℃时拥有较低的摩擦系数和磨损率,而5Ti-10tic-ni涂层在200℃和400℃时表现出较好的耐磨性能,结合SEM、EDS和XRD分析可以得出高温下该复合材料在摩擦过程中表面形成了有润滑性的氧化物釉层,提高了复合材料在高温下的表面强度。同时有效降低了复合材料对摩时的摩擦系数,增强了复合涂层的抗磨损性能。复合涂层在25℃时磨损机制以磨粒磨损为主,在200℃时的磨损机制以粘着磨损和氧化磨损为主,在400℃时表现了出较严重的疲劳磨损。

关键词：激光熔覆 tic/ni复合涂层缺陷控制耐磨性能

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激光合成金属陶瓷抽油泵柱塞耐磨减磨机理

石油机械 2008年第12期36卷 7-10页

作者：赫庆坤王勇陶德灿程义远李美艳中国石油大学(华东)机电工程学院山东省东营市257061 中石油华北石化公司质量安全环保处

针对抽油泵泵筒与柱塞存在着严重的磨损和腐蚀失效问题,采用激光熔覆原位合成技术,制备了耐磨减磨耐蚀的金属陶瓷tic/ni复合涂层。借助于EPMA分析和磨损试验,研究了Mo对tic/ni涂层磨损性能的影响。研究结果表明,涂层中加入5%Mo,tic晶粒... 详细信息

针对抽油泵泵筒与柱塞存在着严重的磨损和腐蚀失效问题,采用激光熔覆原位合成技术,制备了耐磨减磨耐蚀的金属陶瓷tic/ni复合涂层。借助于EPMA分析和磨损试验,研究了Mo对tic/ni涂层磨损性能的影响。研究结果表明,涂层中加入5%Mo,tic晶粒细化,组织的均匀性改善,硬度和耐磨性提高,摩擦因数降低;加入10%Mo,tic晶粒粗大,硬度和耐磨性下降。在tic/ni涂层中,Mo分别与tic相和γ-ni相扩散固溶,在tic颗粒周围形成(Ti,Mo)C固溶体环形相,可以提高陶瓷相的界面结合力。熔覆层的耐磨机制为增强相的抗磨作用,磨损形貌为短而浅的犁沟。

关键词：抽油泵柱塞激光熔覆原位合成 tic/ni复合涂层耐磨减磨