在钢表面制备TiC/Ni3Al 复合涂层
时间：2015-02-05 22:26 来源：未知 作者：admin 点击：次
金属间化合物具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化能力强等一系列优异性能, Ni3Al 还具有较高的加工硬化率。TiC陶瓷颗粒硬度高、稳定性好。以TiC为增强体与金属间化合物构成复合材料, 具有更好的耐磨、耐腐蚀性。而且TiC 与 Ni3Al 间润湿接触角较小, 具有良好的润湿性。因此, TiC/Ni3Al 陶瓷-金属间化合物复合结构是一种理想的钢表面复合材料。
最近，江苏大学采用钨极氩弧焊熔覆技术, 在H13钢表面原位合成金属间化合物基复合涂层TiC/Ni3Al。他们以H13钢为基体材料, 复合涂层的原材料为镍粉、钛粉、铝粉、石墨粉。以钨极氩弧焊作为热源, 对涂覆的粉末层进行加热熔融, 制得涂层。电焊参数为: 电流120 A；电压12-16 V；熔覆速率9 mm/s；熔覆时采用工业纯氩气作为保护气。检测表明，所得到的涂层与钢基体结合紧密, 没有出现气孔、裂纹等缺陷, 呈现出良好的冶金结合。从钢基体至复合涂层表面, 整个涂层可划分为: 钢基体→过渡区→细颗粒区→中间等轴颗粒区→表层树枝状颗粒区。复合涂层中部的显微组织由黑色颗粒物和白色基体组成, 黑色颗粒物为TiC, 颗粒大小约为1~2 μm, 白色基体主要为Ni3Al 和少量的Fe，熔覆过程中有部分钢基体熔化后进入了涂层。随着体系中(Ti+C)含量的提高，产物中TiC颗粒的数目也增加, 且颗粒物的分布也越趋均匀。显微硬度测试表明，从钢基体到涂层表面，硬度值逐渐增大。随着体系中(Ti+C)含量的提高，复合涂层的显微硬度也相应增加。这是由于作为增强相的TiC的数量对涂层的硬度起着关键作用。TiC的密度比Ni3Al 的小, 因而在反应过程中生成的 TiC 颗粒在液相的涂层中有上浮的趋势, 直到凝固过程中被快速移动的固液界面“捕捉”后才固定下来。这使得涂层表面的TiC颗粒数目比涂层下侧的多。此外, 在涂层的另一侧, 在熔覆过程中 H13 钢基体表面发生部分熔化, 熔化后的钢液与涂层之间相互渗透，所含的TiC 颗粒数目也相应减少。
对复合涂层的冲蚀性能与基体材料及其它钢材料进行了对比试验，结果表明，无论低角度还是高角度, 复合涂层都表现出优越的抗冲蚀性能。对于复合涂层，当冲击角度超过30°后材料冲蚀量的增幅较小, 并在45°后冲蚀量逐渐减小。这表明, 复合涂层在宏观上呈现出一种塑性材料的冲蚀特性。在冲击角度为15°、30°、45°、60°和90°时, 复合涂层比H13 钢基体的冲蚀体积分别减小 78.6% 、49.7% 、34.5%、33%和 28.3%, 相比于 17-7 钢, 其冲蚀体积分别减少34.4%、29%、46.9%、25.7%和14.3%。这说明TiC/Ni3Al复合涂层具有优异的抗冲蚀性能。研究指出，在冲击过程中, 沙粒在材料表面移动时，硬质颗粒TiC的抵制作用可有效降低沙粒的动能使其速度迅速减小从而使沙粒的切割运动难以继续进行, 由此降低了冲蚀磨损量。另一方面，Ni3Al 具有较高的加工硬化率, 随着砂粒的不断冲击而不断强化, 使沙粒切割材料更加困难
