激光熔化沉積WC復合Inconel 718合金微觀組織及磨損性能

賈曉慧，胡亞寶，宋欣靈，方艷，雷劍波

激光熔化沉積WC復合Inconel 718合金微觀組織及磨損性能

賈曉慧1，胡亞寶1，宋欣靈2，方艷1，雷劍波1

（1.天津工業大學 激光技術研究所，天津 300387；2.奧爾良大學 拉梅力學實驗室，奧爾良 45072）

目的 解決Inconel 718合金在工程應用中存在的磨損失效等問題，探究碳化鎢（Tungsten Carbide，WC）對Inconel 718合金磨損性能的增強機理。方法 通過激光熔化沉積技術制備Inconel 718及WC/Inconel 718涂層，通過掃描電鏡（Scanning Electron Microscope，SEM) 和X射線衍射（X–ray diffraction，XRD）等測試手段對Inconel 718合金和WC/Inconel 718復合材料的微觀組織和物相組成進行觀測，探討其微觀組織演變機理；通過硬度測試和摩擦磨損測試對WC復合Inconel 718合金的硬度、摩擦磨損性能及WC復合強化機理進行研究。結果 涂層的微觀組織主要由柱狀晶、胞狀晶和少量等軸晶組成，加入WC后復合材料的晶粒組織比Inconel 718合金的晶粒組織略微細化；Inconel 718合金主要由γ–(Ni, Fe)、γ′–Ni3(Al, Ti)和Fe3Ni2等物相組成，WC/Inconel 718主要由γ–(Ni, Fe)、γ′–Ni3(Al, Ti)、AlCoCrW、CrNi15W和Cr–Ni–Fe–C等物相組成；WC的加入使Inconel 718合金的硬度略有提升，磨損率降至未添加WC時的65.3%，磨損機制以黏著磨損和磨粒磨損為主。結論 WC顆粒在Inconel 718基體中起到了強化硬質顆粒的作用，部分WC顆粒的熔化提高了合金基體的硬度，且生成的高硬度金屬化合物與未熔解的球形WC顆粒在Inconel 718合金基體中起到了阻礙晶粒邊界運動的釘扎效果，對提升Inconel 718合金的磨損性能有很大幫助。

激光熔化沉積；Inconel 718；碳化鎢；微觀組織；磨損機理

Inconel 718作為航空航天領域應用廣泛的鎳基合金之一，除了具有優異的高溫力學性能外，其獨特的成分設計使其在室溫（25 ℃）和高溫（700 ℃）下均具有優異的整體性能，如優異的抗蠕變性、抗氧化性，以及強度高和良好的焊接性能等[1-4]，這些優異性能使得Inconel 718合金主要應用于航空航天高溫零部件中[5]。由于長期服役在惡劣的工作環境中，飛機發動機部件經常面臨零件磨損、疲勞損傷等問題，嚴重的失效現象會降低部件的性能，從而影響部件的使用壽命[6]，因此通過添加硬質強化相來制備復合材料可以提高Inconel 718合金的耐磨性，從而進一步提高其使用壽命，是一種創新性的解決方案。

碳化鎢（Tungsten Carbide）的微觀結構是一種六方晶體，其硬度與金剛石相近，高達2 000HV左右，是良好的導電、導熱體。WC與金屬材料的潤濕性較好，在金屬凝固過程中，WC增強顆粒容易被凝固界面捕捉，從而制備出界面結合良好且分布較為均勻的復合材料。由于純碳化鎢的硬度較高、脆性差，在與金屬基材料復合時容易使復合涂層出現裂紋，所以在工業應用中常常在純WC中摻加少量的鈦、鈷、鎳等金屬元素作為黏結劑，可以大幅度降低材料的脆性，提高其韌性[7-8]。王濤等[9]制備了4種不同掃描速度的Inconel 718涂層，分析了4種掃描速度對Inconel 718涂層的顯微硬度和摩擦磨損性能的影響。Sadhu等[10]制備了NiCrSiBC?WC（60%）復合Inconel 718涂層，研究發現，當WC顆粒分解嚴重時會導致涂層的脆性增加，出現細小裂紋。Rong等[11]制備了WC/Inconel 718復合梯度材料，研究發現，梯度界面的存在對提高復合材料的磨損性能具有非常重要的作用。

傳統加工方式的過程較煩瑣，且需耗費大量的人力、物力。為了解決這一問題，激光熔化沉積（Laser Melting Deposition，LMD）技術應運而生。在LMD過程中，粉末和激光通過激光工作頭同時被送入實驗平臺，在激光的作用下粉末被熔化，激光工作頭根據計算機預設的軌跡移動，在激光工作頭移開后粉末迅速冷卻成型，在完成一層的堆積后繼續下一層，重復這種逐層堆積過程，直至組件堆積完成。通過LMD技術制造的金屬部件成型性較好、無需后續加工，在保證粉末利用率較高的前提下顯著地縮短了加工周期，降低了加工成本和人力資源消耗[12-14]。目前，針對LMD技術制備WC/Inconel 718復合材料的研究主要集中在工藝與性能對比等方面[15-17]，對其組織演變規律和磨損機理的研究較少。

文中基于LMD技術制備了Inconel 718合金和WC/Inconel 718復合材料，擬對其微觀組織演變機理、硬度和摩擦磨損性能進行深入研究。研究結果有望為LMD技術制備WC/Inconel 718復合材料的工藝和實際工業應用提供理論依據。

1 實驗

1.1 材料

實驗采用等離子旋轉電極法制備Inconel 718和球形WC粉末，其化學成分如表1—2所示。WC粉末中除了含有C、W元素外，還含有Cr、Fe、V、Co、Ni、Mo、Ti、Ta、Nb等元素。

Inconel 718和WC粉末的形貌和粒徑分布如圖1所示。從圖1可以看出，2種粉末均具有良好的球形度，且沒有粘連現象；Inconel 718粉末的粒徑為45～100 μm，WC粉末的粒徑為53～109 μm。WC/Inconel 718復合粉末中WC的質量分數為6%，通過混粉機（VC?5，無錫新洋）將其混合均勻。

1.2 實驗內容及方法

實驗采用的激光熔化沉積系統包括庫卡激光機器人系統（數控系統、六軸機器人、半導體激光器、四路送粉頭）、自動載氣送粉器、冷水機和氬氣保護艙等。設備的型號及參數如表3所示。

在激光熔化沉積實驗前，將Inconel 718和WC/Inconel 718粉末放在干燥箱（F202?0，上海舒利）中，并在110 ℃下干燥2 h，以去除其內部水分。采用尺寸為100 mm×100 mm×20 mm的A3鋼板作為基板，使用砂紙和激光清洗機（HFB?C50）對基材表面進行清洗，以去除表面的氧化物和銹跡，防止其影響實驗的結果。

激光熔化沉積示意圖如圖2所示。在LMD過程中，Inconel 718粉末或WC/Inconel 718粉末與激光一起通過激光工作頭進入熔池中（送氣量為10 L/min，送粉量為25 g/min），粉末在激光的作用下被沉積在A3鋼基板上。為了避免發生高溫氧化反應，LMD實驗全程在氬氣艙的保護下進行。激光加工參數：激光掃描速度為16 mm/s，激光功率為2 000 W，搭接率為50%。

表1 Inconel 718粉末的化學成分

表2 WC粉末的化學成分

圖1 Inconel 718和WC粉末的形貌和粒徑分布

表3 激光熔化沉積系統各部分設備參數

圖2 激光熔化沉積示意圖

在試樣制備完成后，對Inconel 718和WC/Inconel 718激光熔化沉積試樣塊進行了預處理，觀察其微觀組織、物相組成，并對其顯微硬度、耐磨性進行測試。實驗流程及參數如圖3所示。

使用體積比為1∶1∶1的HNO3/HCl/HF腐蝕溶液將試樣浸泡腐蝕30 s后，采用光學顯微鏡（OM）和掃描電子顯微鏡（SEM，配備EDS）分析樣品的形貌、微觀結構和元素分布。使用X射線衍射儀（XRD，Cu Kα靶）分析樣品的物相組成。采用顯微硬度計，從試樣截面的涂層表面開始并間隔一定距離，沿沉積方向測量涂層的硬度。為了避免出現誤差，每個數據在同一水平位置進行3次實驗，取其平均值。摩擦磨損實驗采用M?2000型磨損試驗機，并收集其磨屑，在磨損前后分別對2種試樣進行稱量，以計算磨損量，誤差棒由2組實驗數據計算得到。試驗設定的載荷為150 N，轉速為200 r/min，磨損時長為60 min，轉動環材料為GCr15，硬度為（60±2）HRC，形狀為圓環形，外直徑為50 mm，厚度為10 mm。采用白光干涉三維表面輪廓儀（Phase Shift MicroXAM?3D）對磨損后的試樣塊進行表面數據采集，建立三維模型，并獲得磨損深度、寬度等數據。采用SEM對磨痕和磨屑等進行觀測，并分析其磨損機理。

圖3 實驗流程及參數

2 結果與討論

2.1 整體形貌和物相組成

Inconel 718合金和WC/Inconel 718復合材料涂層的橫截面形貌如圖4所示。從圖4可以看出，沉積層與基材形成了良好的冶金結合，致密度良好，沒有出現明顯的孔隙和裂紋。從圖4a可以看出，Inconel 718合金與基體的結合區比較平整，稀釋率較低。從圖4b可以看出，WC在WC/Inconel 718復合材料中的分布較為均勻，大部分未被完全熔化。由于送粉較均勻，能量供給較穩定，因此沒有出現明顯的WC沉積現象。與Inconel 718合金沉積層相比，WC/Inconel 718復合涂層存在少量孔隙。這是因為在激光熔化沉積過程中，部分WC顆粒被激光的高能量所熔化，與Inconel 718基體材料發生了反應，導致氣體逸出。

Inconel 718合金和WC/Inconel 718復合材料的物相組成如圖5所示。Inconel 718合金主要由γ?(Ni, Fe)、γ′?Ni3(Al, Ti)和Fe3Ni2等物相組成，WC/Inconel 718復合材料主要由γ?(Ni, Fe)、γ′?Ni3(Al, Ti)、AlCoCrW、CrNi15W和Cr?Ni?Fe?C等物相組成。其中，AlCoCrW、CrNi15W和Cr?Ni?Fe?C是加入WC后在復合材料中觀測到的新物相，它存在于原有的峰里。

圖4 橫截面宏觀形貌

圖5 Inconel 718合金和WC/Inconel 718復合材料的XRD掃描結果

2.2 微觀組織演變機理

Inconel 718合金和WC/Inconel 718復合材料在不同區域的微觀組織形貌如圖6所示。其中，圖6a、b分別顯示了Inconel 718合金上部和下部的組織結構，可以看出，在試樣底部，枝晶的生長方向較無序，較粗大的柱狀晶沿著底部向上生長。由于受到熱流、成分、冷卻速率等的影響，柱狀晶的生長并不均朝著同一方向生長，而是形成了一個夾角。在粗大柱狀晶的邊緣演化出了二次枝晶和尺寸較小的胞狀晶。在Inconel 718的上部區域，枝晶的生長排列呈現出一定的規律性，胞狀晶的分布較細密，且具有明顯的合并現象，總體呈現斜向上生長的趨勢。相較于下部雜亂無序的生長模式，上部枝晶由于受到底部沉積層的預熱作用，因此其生長趨勢沿熱流方向生長。

1.3.3 護生就業態度調查 該測評表以簡單問答的形式調查護生在畢業后是否愿意從事護理工作，以及在通過臨床實習后是否喜歡護理工作，在護生出科之前給予測評。

圖6 Inconel 718和WC/Inconel 718不同區域的微觀組織形貌

WC/Inconel 718復合材料上部和下部的組織形貌如圖6c、d所示，可以看出，在加入WC后復合材料的晶粒組織比Inconel 718合金的晶粒組織更加細化。枝晶的生長模式與Inconel 718合金類似，大部分枝晶生長具有一定的方向性，在有序的枝晶中存在一些垂直于一次枝晶生長方向的二次枝晶。這是因為激光熔化沉積實驗中對基板未進行預加熱，導致枝晶的冷卻方向不一，生長方向較雜亂、無序。從圖6c可以看出，原本有序生長的枝晶在遇到WC顆粒時其生長模式被阻斷，在WC周圍形成了較細小的間斷生長的枝晶，繞過WC顆粒后繼續按照原來的生長方向生長。

WC/Inconel 718復合材料的EDS掃描結果如圖7所示。從圖7的左圖可以看出，白色點狀析出物均勻地分散在WC/Inconel 718材料中，且在無WC顆粒存在的區域出現了Nb和Mo的偏析，結合Inconel 718合金的性質可以判斷此處存在laves脆性相[18]。除此之外，可以看到W元素（紫色曲線）不止存在于WC顆粒中，也較為均勻地分散至WC周圍的區域，C元素（藍色曲線）也較均勻地擴散到Inconel 718基體中。結合XRD結果，通過觀測的AlCoCrW和CrNi15W相可以判斷，WC與Inconel 718合金形成了良好的結合，并出現了W元素和C元素的擴散，有助于提高Inconel 718合金的硬度和磨損性能。

圖7 WC/Inconel 718跨WC顆粒EDS掃描結果

沉積層的組織形貌和尺寸主要與溫度梯度和生長速率有關，其中/決定了凝固后的組織形態，×決定了凝固組織的大小，具體可以通過式（1）—（2）進行計算[19]。

式中：為合金的液態溫度；0為材料的初始溫度；為激光吸收系數；為激光掃描功率；為材料的導熱系數；s為激光掃描速度；為掃描速度與凝固速度的夾角。

溫度梯度和生長速率對沉積層微觀結構的影響如圖8a所示。在激光熔化沉積實驗初期，沉積層充分與基板和空氣接觸，形成了良好的散熱通道，值較大。此時，由于熔池溫度不能為枝晶的生長提供良好的條件，成型中的枝晶來不及完全長大就被迫中止，所以在沉積層的底部容易出現混晶區，朝不同方向生長的柱狀晶、尺寸較大的胞狀晶和等軸晶共存于基材中。隨著激光熔化沉積實驗的進行，熔池中積累了一定的熱量，后續的沉積層只能受到上方空氣的冷卻。此時，能夠獲得較小的值、較低的冷卻速度和較低的凝固速率。晶粒有充足的時間進行生長，散熱方向相對固定，故此時的枝晶生長呈現一定的規律性，胞狀晶呈橢圓形，緊密地朝一個方向生長。

Inconel 718合金中WC的演化機理如圖8b所示。WC顆粒受到高能量激光的作用，會在熔池中發生界面移動，部分WC熔解后分解出W、C元素，與Inconel 718合金中的Ni、Co、Fe、Cr、Al等元素在熔池中結合，生成了新的物相。同時，WC顆粒的存在阻礙了晶粒的生長，晶粒組織在遇到WC時停止生長，或生長方向出現偏轉。這種釘扎效應容易生成較細小的晶粒組織，能夠有效地提升復合材料的硬度和力學性能[20]。

2.3 硬度分布

Inconel 718合金和WC/Inconel 718復合材料的顯微硬度結果如圖9a所示，WC/Inconel 718復合材料的平均顯微硬度（381HV0.2）是 Inconel 718合金（349HV0.2）的約1.09倍。這是因為WC顆粒在激光的作用下發生了分解，與Inconel 718合金中的元素結合生成了硬質相，提升了涂層表面的硬度。由于復合材料中WC的含量較少，因此其硬度值的提升并不明顯。

圖8 微觀演變示意圖

圖9 Inconel 718和WC/Inconel 718的顯微硬度分布

WC/Inconel 718復合材料中未完全熔化的WC顆粒（由白色圓形虛線圈出）周圍的顯微硬度如圖9b所示。3號和4號壓痕是在WC顆粒上的壓痕，平均顯微硬度為2 852HV0.2，2號壓痕打在WC顆粒的邊緣，顯微硬度為542HV0.2，1號壓痕打在無WC顆粒部分，顯微硬度為366HV0.2，與WC/Inconel 718復合涂層的平均顯微硬度一致。此外，未完全熔化的WC顆粒在涂層中也極大地增加了涂層的硬度。綜上所述，未熔化的WC和熔化到基體中的WC均在一定程度上提高了涂層的硬度。

2.4 摩擦磨損性能

Inconel 718合金和WC/Inconel 718復合材料的干滑動摩擦磨損試驗在室溫（25 ℃）下進行，摩擦因數與時間的關系如圖10a所示。在磨損初期，摩擦因數迅速增大，曲線從零迅速升高。隨著磨損時間的增加，摩擦因數逐漸增大，并呈現平穩上升趨勢，這種平穩上升趨勢直至試驗結束，未出現較大的波動。激光熔化沉積Inconel 718合金和WC/Inconel 718復合材料的磨損率如圖10b所示，Inconel 718合金的磨損率為0.054 mg/m，WC/Inconel 718復合材料的磨損率為0.035 mg/m，在添加WC顆粒后材料的磨損率下降至原來的65.3%左右。這是因為WC提升了涂層表面的硬度，相應地降低了其磨損率。

在磨損試驗后，Inconel 718合金和WC/Inconel 718復合材料表面的三維形貌如圖11a、b所示。不同的顏色代表磨損程度的深淺。紅色區域表示磨損程度較輕，藍色區域表示磨損程度較嚴重。從圖11a、b可以發現，試樣表面與對磨環接觸區域的磨損較嚴重，試樣兩端的磨損較均勻。從圖11c可以看出，添加WC后試樣具有較小的磨損寬度（3.77 mm）和深度（283 μm），這與摩擦因數和磨損量的結果一致。

Inconel 718合金和WC/Inconel 718復合材料的磨損機理如圖12所示。在磨損試驗開始瞬間，試樣表面與對磨環接觸，此時材料表面的微凸點在與對磨環的接觸點處發生了對抗摩擦，導致材料出現變形或微凸點斷裂等現象[21]。隨著摩擦磨損的進行，摩擦副與金屬表面的摩擦使得溫度急劇升高，金屬表面生成的氧化膜被破壞，磨屑從材料表面脫落，并進入摩擦副[22]。此時，由于添加WC顆粒后復合材料的晶粒組織比Inconel 718合金的組織更細密，涂層硬度更高，在發生磨損反應時生成的磨屑更小。如圖12b所示，在發生磨損時，部分WC顆粒破碎后進入摩擦副中，起到了潤滑作用。WC顆粒在激光高能量的作用下出現了熔化現象，且進入Inconel 718基體，在Inconel 718基體中充當支撐骨架，起到了彌散強化的作用[23]，形成的高硬度金屬化合物能夠起到阻礙晶粒邊界運動的釘扎作用，有效提高了材料的硬度，硬度的提升會有效降低磨損帶來的損害。此外，存在于WC顆粒邊緣的界面反應層也會增強硬質相與基體相的結合強度，這在一定程度上提高了沉積層的耐磨性[24]。

圖10 Inconel 718和WC/Inconel 718的摩擦磨損實驗

圖11 磨損后樣品的三維白光干涉圖

為了進一步驗證Inconel 718合金和WC/Inconel 718復合材料的磨損機制，采用SEM對磨損后的試樣表面和收集的磨屑進行了觀測，結果如圖13所示。

從圖13a可以看出，Inconel 718試樣表面存在許多明顯的犁溝和少量黏著現象，可以確定在Inconel 718的干滑動摩擦實驗中存在磨粒磨損和黏著磨損等2種形式[25]。其中，黏著磨損使得材料表面發生黏著物脫落現象，這些黏著物將繼續存在于由材料表面和對磨環組成的摩擦副中，或黏附于對磨環之間，或離開摩擦副成為磨屑。脫落下來的硬質顆粒在摩擦副之間繼續參與磨損實驗過程，發生磨粒磨損。這些硬質顆粒與試樣表面發生作用，在試樣表面產生了典型的犁溝，如圖13a中“白色雙箭頭”所示。WC/Inconel 718復合材料在磨損后的微觀形貌如圖13b所示。從圖13b可以看出，在摩擦磨損實驗后WC/Inconel 718復合材料的表面出現了少量較窄的犁溝和黏著現象，并且觀測到了WC顆粒。在添加WC后，材料的犁溝變少、變窄，且黏著行為不明顯。說明此時的磨損程度較淺，加入WC增強相有效地提高了材料的磨損性能。

圖12 Inconel 718合金與WC/Inconel 718復合材料磨損機理

圖13 Inconel 718和WC/Inconel 718磨痕和磨屑微觀形貌

2種試樣的磨屑形貌如圖13c、d所示，可以看出，Inconel 718合金涂層的磨屑以塊狀和片狀磨屑為主，磨屑尺寸較大，在磨屑表面能觀測到細微的犁溝；添加WC后的復合材料涂層相較于Inconel 718合金涂層，其磨屑尺寸更小，以小塊狀為主，少部分為較大尺寸的塊狀。這是由于WC的加入有效地提高了材料的強度和硬度，從而減輕了磨損程度。在WC/Inconel 718復合材料的磨屑中還觀測到了熔化沉積過程中沒有完全熔解的WC顆粒，它們起到了一定的潤滑作用，這與前面的分析結果一致。

3 結論

基于激光熔化沉積技術，成功制備了Inconel 718和WC/Inconel 718涂層，對涂層組織的演變機理、硬度和摩擦磨損機制展開了系統研究，得到如下主要結論。

1）2種涂層均無裂紋、無塌陷，與基材形成了良好的冶金結合，且WC在Inconel 718合金中分布較為均勻。XRD結果顯示，Inconel 718合金的主要物相為γ?(Ni, Fe)、γ′?Ni3(Al, Ti)和 Fe3Ni2，加入WC后在復合材料中生成了AlCoCrW、CrNi15W和Cr?Ni?Fe?C等新物相。說明WC在激光的作用下會發生分解，與Inconel 718基體元素結合生成了新物相。

2）SEM結果表明，Inconel 718合金和WC/Inconel 718合金的晶粒組成主要為柱狀晶、胞狀晶和少量等軸晶。在同等倍數下，WC/Inconel 718復合材料的晶粒組織比Inconel 718合金的晶粒組織更加細化，大部分枝晶的生長具有一定的方向性，在有序的枝晶中存在一些垂直于一次枝晶生長方向的二次枝晶。EDS結果表明，在復合材料中觀測到了W和C元素的擴散，進一步驗證了WC在Inconel 718基體中的分解。

3）加入WC后，WC/Inconel 718復合材料的平均顯微硬度提升了約9%，從349HV0.2提升至381HV0.2，且磨損率降至未添加WC時的65.3%，磨損機制主要為磨粒磨損和黏著磨損。說明加入WC顆粒后，WC顆粒在Inconel 718基體中充當了支撐骨架，起到了彌散強化作用，且WC顆粒在激光高能量的作用下與基體材料元素形成了高硬度的金屬化合物，有效提高了材料的硬度。同時，未熔解的WC顆粒起到了表面潤滑作用，降低了磨損率。

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Microstructure and Wear Performance of WC/Inconel 718 Composites by Laser Melting Deposition

1,1,21,1

(1. Laser Technology Institute, Tiangong University, Tianjin 300387, China; 2. Laboratory of Mechanics Gabriel Lamé (LaMé), University of Orleans, Orleans 45072, France)

As one of the most widely used nickel-based alloys in the aerospace field, Inconel 718 alloy has good strength and mechanical properties at high temperature and room temperature, and has been widely used in military applications, aerospace aircraft and various parts and components. However, after long-term service in harsh working environments, aircraft engine components often face problems such as blade wear, and serious failures will reduce the performance of the components, thereby affecting the service life of the components. The work aims to solve the wear failure of Inconel 718 alloy in engineering application, and explore the mechanism of WC in enhancing the wear resistance of Inconel 718 alloy. The Inconel 718 and WC/Inconel 718 coatings were prepared by laser melting deposition technology. The microstructure evolution mechanism, hardness, friction and wear properties and WC strengthening mechanism of WC composite Inconel 718 alloy were studied.

The WC/Inconel 718 composite powders were mixed uniformly by a mixer. Before the laser melting deposition experiments, the Inconel 718 and WC/Inconel 718 powders were dried in a drying oven at 110 ℃ for 2 h to remove the internal moisture. The substrate was A3 steel plate, the surface of the substrate was cleaned with sandpaper and a laser cleaning machine to remove oxides and rust on the surface to prevent affecting the experimental results. The powders and the laser enter the molten pool together through the laser working head, and were melted on the A3 steel substrate under the action of the laser. The whole cladding experiment was carried out under the protection of an argon gas chamber. The processing parameters were: the laser scanning speed was 16 mm/s, the laser power was 2 000 W, and the overlap rate was 50%. According to the metallographic preparation standards, the prepared Inconel 718 and WC/Inconel 718 cladding blocks were cut, ground and polished, and the samples were corroded with a corrosive solution of HCl: HF=1∶1, the German ZEISS-Sigma 300 field Scanning electron microscopy (SEM) was used to observe the microstructure and morphology of the cross-section of Inconel 718 alloy and WC/Inconel 718 composite, and then the equipped energy dispersive spectrometer (EDS) was used to analyze the element distribution in specific positions of the samples. The phases of Inconel 718 and WC/Inconel 718 samples were detected by D/MAX-2500 X-ray diffractometer, respectively. Using a microhardness tester (HV-1000 Vickers hardness tester) with a load of 0.2 kg and a loading time of 10 s, the cross-section of the sample was measured from the coating surface at a certain distance along the deposition direction. Friction and wear experiments were carried out on Inconel 718 alloy and WC/Inconel 718 composite specimens at room temperature using M-2000 type test block-pair grinding ring wear tester and the wear debris was collected.

The microstructure of the coatings were mainly composed of columnar crystals and cellular crystals. The phase composition of Inconel 718 alloy mainly consists of γ-(Ni, Fe), γ′-Ni3(Al, Ti) and Fe3Ni2, the phase composition of WC/Inconel 718 mainly consists of γ-(Ni, Fe), γ′-Ni3(Al, Ti), AlCoCrW, CrNi15W and Cr-Ni-Fe-C; The hardness test and friction and wear test were carried out on Inconel 718 alloy and WC/Inconel 718 composite materials. The experimental results showed that WC slightly increased the hardness of the alloy, and the wear rate was reduced to 65.3% of that of the alloy without WC. This is because the WC particles play a role of strengthening the hard particles in the Inconel 718 matrix, and the dissolution of a small amount of WC particles increases the hardness of the alloy matrix. In addition, the generated high-hardness metal compound and undissolved spherical WC particles have a pinning effect that hinders the movement of the grain boundary, which is very helpful to improve the wear performance of Inconel 718 alloy.

laser melting deposition; Inconel 718; tungsten carbide; microstructure; wear mechanism

TN249

A

1001-3660(2022)12-0329-11

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.12.034

2022–01–16；

2022–03–21

2022-01-16；

2022-03-21

國家重點研發計劃（2018YFB0407302）；國家自然科學基金（61772365）；工信部工業轉型升級綠色制造項目（RZJC–XM19–004）；天津市教委科研項目（2018KJ206）

National Key Research & Development Program of China (2018YFB0407302); National Natural Science Foundation of China (61772365); The Industrial Transformation and Upgrading Funds of Ministry of Industry and Information Technology (RZJC-XM19-004); Scientific Research Program of Tianjin Municipal Education Commission (2018KJ206)

賈曉慧（1996—），女，碩士，主要研究方向為激光增材制造鈦合金和鎳基合金。

JIA Xiao-hui (1996-), Female, Master, Research focus: laser additive manufacturing of titanium and nickel-based alloys.

宋欣靈（1994—），女，博士生，主要研究方向為納米材料復合鎳基合金。

SONG Xin-ling (1994-), Female, Doctoral candidate, Research focus: nanomaterial composite nickel-based alloy.

雷劍波（1981—），男，博士，教授，主要研究方向為激光增材制造金屬材料、表面微納強化。

LEI Jian-bo (1981-), Male, Doctor, Professor, Research focus: laser additive manufacturing of metal materials, surface micro-nano strengthening.

賈曉慧, 胡亞寶, 宋欣靈, 等.激光熔化沉積WC復合Inconel 718合金微觀組織及磨損性能[J]. 表面技術, 2022, 51(12): 329-339.

JIA Xiao-hui, HU Ya-bao, SONG Xin-ling, et al. Microstructure and Wear Performance of WC/Inconel 718 Composites by Laser Melting Deposition[J]. Surface Technology, 2022, 51(12): 329-339.

責任編輯：彭颋