反应等离子熔覆复合材料涂层的耐磨性研究

等离子熔覆工艺参数为 ： 工作电流 ３ ０ 工作 电压 ４ 选用氩气为工作气 ， ０ Ａ， ５ Ｖ， 工作气流量 Ｉ５Ｉ ・ ｉ删 。 ． ｍ ｎ 。
熔 覆过 程 中 ， 采用 专 用送粉 器 进行 同步送 粉 。用 ＪＭ 一５０ Ｓ ８ ０型 扫描 电子 显微 镜 观 察 显微 组 织 ； 用 日本 采
（ 潍坊 学 院 ，山东
潍坊
２ １６ ） ６ ０ １
摘
要 ： Ｆ —Ｃ —Ｃ合 金粉 末 为原料 ， 用反 应等 离子 熔覆技 术 ， ４ 以 ｅ ｒ 采 在 ５号钢表 面制 得 以原位 生成初
生相 （ ｒＦ ）Ｃ Ｃ ，ｅ７ ３为增强相 的新型 陶 瓷复合材 料 涂层 。利 用 Ｓ Ｍ、 Ｄ、 ＤＳ和显微 硬 度 计等 分析 了涂层 Ｅ ＸＲ Ｅ
便 等特 点Ｅ 引。 本 文 以廉价 的 Ｆ —Ｃｒ ｅ —Ｃ合 金 粉末 为原 料利用 反 应 等离 子熔 覆 技术 在 ４ ５号钢 表 面制 备 了 以原 位生 成 初生 相 （ ｒＦ ）Ｃ 为增 强相 、 ７ ｅ固溶 体 与少量 （ ｒＦ ） 构 成 的共 晶为基 体 的新 型陶瓷 复合材 Ｃ ，ｅ 。 以 一Ｆ Ｃ ，ｅ 料 涂层 。通 过 Ｓ Ｍ、 Ｄ、 ＤＳ和 显 微 硬 度 计 等 分 析 了涂 层 的显 微 组 织 和 硬 度 ； 室 温 干 滑 动 磨 损 及 Ｅ ＸＲ Ｅ 在 ４ ０ 一６ ０ 高温滑 动磨 损条 件下 评价 了耐磨性 能 ， ０℃ ０℃ 并对 其磨 损机 理进 行 了探讨 。
熔覆技术是指采用激光束 、 电子束或离子束等高能束在选定工件表面熔覆一层特殊性能的材料 ， 以改 善其表面性能的工艺Ｅ 。等离子束作为一种高能束流， 长期 以来一直用作切割、 焊接 、 喷涂等常规工艺的 热源。随着同步送粉技术的发展及等离子炬结构 的不断改进 ， 等离子熔敷技术 已 日趋成熟并表现 出良好 的发展 态势 ， 离子熔 覆 技术 与激 光熔 覆技 术相 比较 ， 等 具有 能 量 转换 效 率高 、 备 投 资小 、 设 操作 维修 简
第 １ 卷第 ６ １ 期
２１ ０ １年 ｌ ｆＷｅｆｎ ｉｅ ｓｔ ｏ ｒ ａ ｉａ ｇ Ｕｎｖ ｒ ｉ ｏ ｙ
Ｖｏ ． ｌＮｏ ６ Ｉ１ ．
Ｄｅ ． ０ １ ｅ ２ １
反应等 离子熔覆复 合材 料涂 层的耐磨性研究
刘均 波 ，王 立梅 ， 宝歆 黄
作者简介 ： 刘均波（ ９ ３ ， 山 东诸城 人 ， １７ 一） 男， 潍坊 学院机 电工程学院副教授 ， 士。研 究方向： 博 材料 表面涂层技 术 ， 粉
末冶金 。
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潍 坊 学 院 学报
动 速度 ０ ５５ Ｉ Ｓ ， ． ６ ２Ｉ ・ 一 磨损 滑动行 程 ２３ Ｔ ０ ４ｍ。室 温干 滑动磨 损试 验和 高温滑 动磨 损试 验均选 取 ４ 钢 ５号 作 为标 样 。为满 足试验 机对 试样 尺寸 的要求 ， 将标 样 和反应 等离 子熔 覆 （ ｒＦ ）Ｃ ／ 一Ｆ Ｃ ， ｅ 。７ ｅ金属 陶 瓷复 合 材 料 涂层 试样均 用 电火花 切割 成尺 寸为 ６ｍｍＸ６ｍｍＸ７ｍｍ 的矩形块 ， 为磨 损上试 样 ， 作 以试样 的 ６ｍｍ ×６ｍｍ 表 面作为 磨损 面 ； 试样 为圆 盘状 ， 取具 有较 高 的高 温 硬度 及优 良的抗 氧 化 性 能 的镍 基 高 温 合 下 选 金 ＧＨ２ （ ２室温 硬度 ＨＶ５ ０作 为盘形 下试 样 。载荷 １ ｇ相 对滑 动速 度 ０ １ ・ｓ 。滑 动距 离 ５８ｍ。 ０） ０ｋ ， ． ５ｍ ＿ ， ０
反应涂层技术是 自蔓延高温合成技术与传统表面涂层技术相结合 ， 利用传统表面涂层技术提供热量 ，
引燃 预 先布 在基体 表 面 的反应 物料 ， 发局部 化 学反应 后 ， 诱 利用 化学 反应 自身 放热 ， 反应 持续 进 行 ， 使 通过 反 应形 成涂 层材 料 的一种 新技 术叫 。反应 熔覆 技 术是在 激 光或等 离子 等高 能量 束熔 覆 过程 中通过 元 素或
层 在 室温 干滑动 磨损 和 高温 滑动磨 损条 件 下均具 有优 异 的耐磨 性 。 关 键词 ： 应等 离子 熔覆 ； 反 复合 材料 涂层 ； ｅ ｒ Ｆ —Ｃ —Ｃ； 耐磨性 中图分 类号 ： Ｇ１４４ Ｔ ７．４ 文 献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ：６ １ ４ ８ （０ １０ －０ ０ －０ １７ － ２８ ２ １）６ １３ ４
的显微 组 织和硬 度 ， 分别在 室温干 滑动 磨损及 高温 滑动磨 损条 件 下测试 了涂 层 的耐磨 性 ， 并讨 论 了其 磨损 机 理 。结果 表 明 ， 层组 织 包括 （ ｒ Ｆ ）Ｃ 增 强相 和 ７ ｅ固溶 体 与 少量 （ ｒＦ ）Ｃ 构 成 的共 晶 ； 涂 涂 Ｃ ，ｅ７ 。 一Ｆ Ｃ ， ｅ 。 该
化合物间的化学反应“ 原位合成” 金属陶瓷等涂层的一种新型涂层技术。近年来 ， 反应熔覆技术受到了国
内外 的普遍 关注 Ｅ 。利 用该 技 术可 在 ５ Ｍｎ Ｃｒ Ｍｏ钢表 面制 备 出 Ｔｉ／ 、 ｉ／ 、 Ｃ—ＴＢ ／ 基金 属 陶 Ｃ ＮｉＴＣ ＴｉＴｉ ｉｚＮｉ
瓷 涂层 一 。 。
理学 Ｄ ｘ ２ ０ｐ 旋转 阳极 ｘ射线衍射仪并结合 ｓ ３ 型 Ｌｎ ｌＩ 能谱仪进行物相鉴定 ； ＭＨ一６ ｍａ － ２０ ｃ 一５０ ｉｋＳＳ 在
型 半 自动显 微硬 度计 上进 行显 微硬 度测 量 ， 载荷 为 ２０ｇ加 载 保 持 时 间为 ｌ 。室 温干 滑 动磨 损 试 验在 ０ ， ０Ｓ ＭＸ －２ ０ Ｐ ０ ０型摩 擦磨 损试 验机 上进 行 ； 选取 硬度 为 ＨＶ７ ８的淬火 ＋低 温 回火处 理 的 ＧＣ １ 环作 为对 ９ ｒ５钢
磨环， 被测试样为 ４ 号钢和反应等离子熔覆（ ｒＦ ）Ｃ 金属陶瓷复合材料涂层试样 ， ５ Ｃ ，ｅ ３ 载荷 １０Ｎ， ０ 相对滑
＊ 收 稿 日期 ：０ １ ０ — １ ２１— ８ ６ 基 金 项 目 ： 东省 科 学 技 术 发 展 计 划 项 目（０ ７－ ０ ０ ０ ３ 山 ２ＯＣ ， ０ ３０ ） Ｇ３
１ 试 验材 料及 方法
反 应等 离子 熔覆 基材 为 ４ 钢 ， 样 尺寸 为 ５ ５号 试 ０ｍｍＸ２ ＯｍｍＸ１ ｍｍ。试 验采用 Ｆ —Ｃ —Ｃ合 金粉 ０ ｅ ｒ 末 为原 料 ， 其粒 度为 一２ ０ ＋３０目左 右 。熔 覆设备 采 用 ＤＲ 一 １型全 自动反 应 等离 子熔 覆 机 床 。反 应 Ｏ～ ０ Ｆ