不同碳化钨含量对涂层的影响1.docVIP

不同形态的碳化钨对金属陶瓷涂层的影响* 赵军1，马世博1, 马进2 (1.燕山大学 机械工程学院，河北 秦皇岛 06600；2.燕大恒远高技术有限公司，河北 秦皇岛 066004；） [摘要]：采用了真空和惰性气体保护液固相烧结方式制备金属陶瓷涂层，研究了不同形态的碳化钨对金属陶瓷涂层的硬度、耐磨性和致密度等物理和机械性能的影响，通过金相显微镜分析涂层的微观组织，进行了硬度测量和抗磨损实验。结果表明，机械球磨合金化状态下的Co、Ni、Fe、Cr、B、Si合金粉末真空和惰性气体保护烧结后，可获得最佳的性能，粘结相硬度可达HV676.3，硬质相硬度达到HV1753.2。在工程和矿山用截齿的头部烧结金属陶瓷涂层，可显著提高齿体的耐磨性，使截齿的寿命提高2~5倍。 [关键词]：金属陶瓷；涂层；微观组织； 硬度；截齿 第一作者简介：赵军（1957-），教授，博士生导师，工学博士。研究方向为金属精密温挤压成形技术、锻压及冲压模具技术、金属板材冲压成形及其智能化控制技术等方面的研究。第九、十届全国人大代表，国务院特殊津贴专家，中国机械工程学会高级会员，中国塑性工程学会理事，冲压学术委员会委员，中国特殊钢学术委员会委员。曾获国家自然科学奖、国家教委科技进步奖、机械部科技进步奖、河北省科技进步奖、河北省优秀发明奖等奖项。 0 引言 涂层技术是金属表面强化技术的一个重要分支，可在不破坏金属材料的基本机械性能的前提下提高其耐磨、耐蚀和耐高温等机械物理及化学性能[1]。本文重点讨论碳化钨基的复合金属陶瓷涂层[2]，具有抗剥落、抗冲击和抗磨损等特点，对矿山和工程机械的掘进和切削用的截齿等易耗性工具具有重要意义，如图1所示，在截齿头部烧结碳化钨基金属陶瓷涂层可使截齿寿命提高2～5倍。 图1 耐磨涂层强化截齿 本文讨论了采用真空和惰性气体保护液固相烧结方式在金属表面制备碳化钨基金属陶瓷涂层，研究不同碳化钨形态对金属陶瓷涂层的硬度、耐磨性和致密度等机械性能的影响。 1 实验材料及方法 1.1 实验基体材料与耐磨涂层材料 实验基体材料采用42CrMo钢（锻后），涂层材料为自行配置的三种不同状态的WC粉末和自熔性合金粉末2：1（质量）的混合物，自熔性合金粉末其成分为Co，Ni，Fe，Cr，B，Si,。（其中A为还原碳化钨与自熔性合金的混合粉；B为铸造碳化钨和自熔性合金的混合粉；C为碳化钨与自熔性合金的机械合金化混合粉）。 1.2实验准备 用线切割试验机将基体材料切割成100 mm×100 mm×20mm的试样各三种，机械加工后对表面进行喷砂处理，然后用酒精清洗表面，吹风机吹干，保证基体表面无锈迹、无油污和无其它对涂层有不利影响的物质存在。分别将三种试验粉末均匀的混合在一起，用特殊粘结剂把粉末调成膏状，在基体材料上表面涂敷厚度为1.2mm的均匀粉末层，然后将涂覆好粉末的试样放入烘干箱，在2000C烘干2小时，确保粉末层内有机成份完全挥发。 1.3 实验工艺 将制备好的试样快速置入烧结气氛，调整确认烧结参数。在42CrMo钢的可锻温度之下（1200OC）、2Mpa下烧结5分钟后，取出烧结完成的试样，空冷至室温 。 1.4 检测 空冷后，沿金属陶瓷涂层的垂直方向用线切割机切取截面并制得三种试样: a还原碳化钨与自熔性合金的混合粉 b铸造碳化钨和自熔性合金的混合粉 c碳化钨与自熔性合金的机械合金化混合粉 试样尺寸：10 mm×10 mm×20mm 涂层厚度：0.8mm 对上述三种试样进行预磨、粗磨、精磨、预抛、精抛和4～5%硝酸酒精深腐蚀后，在金相显微镜上观察分析金属陶瓷涂层的显微组织和物相组成。三种试样的金属陶瓷涂层的显微硬度用HVS1000型显微硬度计测量，加载100 g，测量的显微硬度如表1所示。 采用MLS.225型干砂橡胶轮式磨损试验机进行抗磨损试验,制作三种块形试样（a1、b1、c1），尺寸50mm×75mm×10 mm，磨料为天然石英砂（50～70目）。试验参数： 磨轮直径178mm，转速192r/min，线速度1788.5mm／min，载荷为130N。为确保实验结果的精确性和可靠性，先对试样进行2000转的预磨，以消除涂层表面状态对实验结果的影响误差，然后进行正式抗磨损试验计量，经正磨2000转后计算其失重量，用精度为0.001 g的电子天枰称取试样的磨损失重量。用相同条件下的磨损失重作为衡量金属陶瓷涂层试样与淬火后的42CrMo钢（HRC50-52）相同试样抗磨粒磨损性能优劣的标准[3]。 2 实验结果与分析 2.1 涂层显微组织 金属陶瓷涂层的形成是把足够且集中的热能作用于基体表面金属，在很短的时间内将涂覆在基体表面的涂层合金熔融并浸润基体表面，使涂层粘结相（自熔性合金）与基体之间的界面反应与扩散互溶。与此同时，涂层粘结相与硬质相发生互相浸润包溶