奧氏體不銹鋼激光熔覆自潤(rùn)滑耐磨復(fù)合涂層研究.pdf

1、奧氏體不銹鋼因其良好的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，在化工、機(jī)械、建筑、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但受硬度低、耐磨性差等性能缺點(diǎn)的制約，其一般不能用作重要的摩擦運(yùn)動(dòng)副零部件。此外，很多在高溫條件下承受強(qiáng)烈摩擦磨損作用的相對(duì)運(yùn)動(dòng)副零部件不僅要求具有優(yōu)異的高溫耐磨性與抗氧化性，而且由于高溫條件下無(wú)法實(shí)現(xiàn)外加潤(rùn)滑而必須具有優(yōu)異的高溫自潤(rùn)滑性能。由于磨損基本發(fā)生于材料或零部件的表面，采用合適的表面工程手段在材料表面制備自潤(rùn)滑耐磨涂層無(wú)疑具有較高的經(jīng)濟(jì)

2、性和可行性。
　　 激光熔覆技術(shù)對(duì)基體和涂層材料無(wú)限制，能實(shí)現(xiàn)在低熔點(diǎn)的工件上熔覆一層高熔點(diǎn)的合金，能控制稀釋率，可局部熔覆，微觀結(jié)構(gòu)細(xì)致，熱影響區(qū)小，并使涂層材料快速熔化和冷卻而與基體材料形成良好的冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高。
　　 為了提高不銹鋼的耐磨性并開(kāi)發(fā)具有良好減摩耐磨性能的先進(jìn)復(fù)合材料涂層新體系，本文分別以NiCr/Cr3C2、NiCr/Cr3C2-15WS2-15CaF2、NiCr/Cr3C2-15WS2-30C

3、aF2合金粉末為原料，采用激光熔覆技術(shù)，在不銹鋼表面制備自潤(rùn)滑耐磨復(fù)合涂層。利用SEM、XRD、EDS等手段分析了涂層的顯微組織，利用顯微硬度計(jì)測(cè)試了涂層的顯微硬度，利用高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)分別測(cè)試了涂層在不同溫度（室溫、300℃、600℃）及不同載荷(2N、5N、10N)下的干滑動(dòng)磨損性能并分析了其磨損機(jī)理。
　　 結(jié)果：表明：激光熔覆NiCr/Cr3C2合金粉末制備出了以γ-(Ni，F(xiàn)e)鎳基固溶體為基體、(Cr,Fe)7C3

4、碳化物為增強(qiáng)相，厚度約0.8mm、組織致密均勻、與不銹鋼基體呈冶金結(jié)合的耐磨涂層，其平均顯微硬度約為850HV0.3；激光熔覆NiCr/Cr3C2-15WS2-15CaF2合金粉末制備出以γ-(Ni，F(xiàn)e)為基體、(Cr，F(xiàn)e)7C3/WC為增強(qiáng)相、WS2和CrS為潤(rùn)滑相的自潤(rùn)滑耐磨涂層，涂層的厚度約0.6mm、組織致密均勻、與不銹鋼基體形成良好的冶金結(jié)合，其平均顯微硬度為620HV0.3;激光熔覆NiCr/Cr3C2-15WS2-30

5、CaF2合金粉末制備出的涂層中的物相也為γ-(Ni，F(xiàn)e)基體、碳化物增強(qiáng)相及硫化物潤(rùn)滑相，然而涂層的厚度僅為0.25mm。
　　 摩擦磨損測(cè)試表明，室溫時(shí)，激光熔覆NiCr/Cr3C2耐磨涂層的摩擦系數(shù)和磨損率均最小，激光熔覆NiCr/Cr3C2-15WS2-15CaF2耐磨自潤(rùn)滑涂層的摩擦系數(shù)和磨損率稍大于NiCr/Cr3C2耐磨涂層，不銹鋼基體的摩擦系數(shù)和磨損率最大；隨著溫度上升至300℃時(shí)，不銹鋼基體和NiCr/Cr3C

6、2耐磨涂層的磨損率增大，而由于潤(rùn)滑相被擠壓至磨損表面發(fā)揮了潤(rùn)滑作用，激光熔覆NiCr/Cr3C2-15WS2-15CaFZ自潤(rùn)滑耐磨涂層的磨損率減小，使得自潤(rùn)滑涂層在300℃擁有最小的摩擦系數(shù)和磨損率；當(dāng)溫度上升至600℃時(shí)，潤(rùn)滑相被氧化，失去了潤(rùn)滑效果，激光熔覆NiCr/Cr3C2耐磨涂層和NiCr/Cr3C2-15WS2-15CaF2自潤(rùn)滑涂層的磨損率大小接近。
　　 低載(2N)時(shí)，激光熔覆NiCr/Cr3C2-15WS2

7、-15CaF2自潤(rùn)滑耐磨涂層中良好的強(qiáng)韌相結(jié)合賦予涂層良好的耐磨性能;中載(5N)時(shí)，除了強(qiáng)韌相結(jié)合為涂層提供有效抵抗磨損外，涂層中的潤(rùn)滑顆粒被擠壓至磨損表面發(fā)揮了有效的減摩耐磨作用，使得涂層在中載時(shí)擁有更為優(yōu)異的摩擦學(xué)性能；高載(10N)時(shí)，涂層中的潤(rùn)滑相發(fā)生脫粘大大減小了其潤(rùn)滑效果，硬質(zhì)增強(qiáng)相發(fā)生剝離使得磨損表面產(chǎn)生凹坑、犁溝，涂層在高載時(shí)的磨損率變大。
　　 綜合分析認(rèn)為，激光熔覆NiCr/Cr3C2-15WS2-15Ca