等離子熔覆添加和內生聯合WC顆粒增強鐵基涂層的組織和性能

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(1. 鄭州大學 材料科學與工程學院， 河南 鄭州 450001； 2. 河南省煤科院耐磨技術有限公司， 河南 鄭州 450001)

金屬基復合材料是以陶瓷為增強材料，金屬為基體材料而制備的一類重要的復合材料[1]，其一般在高溫下成形，要求作為增強材料的耐熱性好。顆粒增強金屬基復合材料具有單一材料無法比擬的優異性能，不但具有延展性好、韌性優良的金屬特性，而且兼有顆粒硬度高、剛度高、熱穩定性好的優勢。因此，金屬基復合材料涂層在關鍵零部件的表面修復和具有良好耐磨性的三維快速制造領域具有廣闊的應用前景[2]。使用較多的陶瓷顆粒增強體主要有SiC、Al2O3、WC、TiC、VC等，其中對SiC、Al2O3、WC、TiC 4種顆粒的研究較多，因此，要根據實際條件綜合考慮合適的陶瓷顆粒。碳化鎢晶體硬度高、耐磨性好以及與金屬基體之間的潤濕性幾乎為零，所以碳化鎢是一種較好的增強相[3-4]。傳統的引入WC增強相可通過原位合成法[5-7]和直接添加法[8-10]進行。直接添加的WC顆粒由于其密度大(15.63 g/cm3)容易沉入涂層底部[11]，導致碳化鎢利用率低，嚴重降低了涂層的完整性。而且，WC與金屬基體的結合力隨WC含量的增加而降低，因此在滾動磨損條件下，WC顆粒易從基體上剝離[12]。與直接添加WC相比，原位合成WC與金屬的界面通常更清潔、更相容；內生WC熱力學穩定，在高溫應用中降解較少，WC與金屬的界面結合力強[13]。但是原位增強材料通常尺寸較小，在惡劣條件下耐磨性有限[14]。之前的研究工作中采用等離子熔覆外加WC或內生WC增強鐵基復合涂層不能系統地改善上述限制，鑒于此，本文通過等離子熔覆外加和內生聯合制備WC增強鐵基復合涂層有兩個優勢：①添加的鎢鐵粉末合金化可以提高熔池中溶液的密度，使得外加WC在熔池中下沉現象得到改善；……