無錫不銹鋼板：用 (Ti, Nb)C 增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層提高鋼材抗磨性能

無錫不銹鋼板7月1日訊 通過熔覆技術(shù)在廉價(jià)材料表面制備耐磨和耐蝕涂層具有重要的實(shí)用價(jià)值。黑龍江科技大學(xué)近期報(bào)道了以Ti、C、Nb粉和Ni60A合金粉末為原料，采用氬弧熔覆技術(shù)在16Mn鋼基材表面制備(Ti,Nb)C顆粒增強(qiáng)Ni60A復(fù)合涂層的工作，明顯提高了鋼材的耐磨性能。常用的表面熔覆技術(shù)有激光熔覆、等離子熔覆、堆焊、熱噴涂、感應(yīng)熔覆和鎢極氬弧熔覆等，其中氬弧熔覆熱量集中，在熔覆的整個(gè)過程中，電極和電弧及金屬粉末都處在氬氣的保護(hù)之中，加熱、冷卻過程中無氧化、燒損現(xiàn)象；而且可實(shí)現(xiàn)手工操作，靈活性高，可對形狀復(fù)雜的基件進(jìn)行熔覆。他們以熱軋態(tài)16Mn鋼作為基體材料，表面除油去銹。以C、Ti、Nb和Ni60A合金粉末為原料，粉末的平均粒度為40～45μm。首先按照3%C-10%Ti-3%Nb-84%Ni60A的質(zhì)量配比稱量原料粉末，在研磨罐中混合均勻，然后采用普通膠水作為粘結(jié)劑，將混合粉末調(diào)成糊狀，涂覆在16Mn鋼表面，涂層厚度約為1.0～1.5mm，烘干后，通過氬弧熔覆獲得原位自生(Ti,Nb)C顆粒增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層(即C-Ti-Nb-Ni60A涂層)。

對熔覆涂層的組織檢測表明：C-Ti-Nb-Ni60A復(fù)合涂層與基體間呈冶金結(jié)合，界面間無氣孔和裂紋；復(fù)合涂層由γ-Ni，TiC和Cr23C6組成。TiC和(Ti,Nb)C顆粒在涂層厚度方向具有明顯的梯度分布特征，在表層TiC和(Ti,Nb)C的體積分?jǐn)?shù)較大；從涂層的底部到表面，由單個(gè)細(xì)小顆粒逐步演化成多個(gè)顆粒的團(tuán)絮狀。其主要形成原因?yàn)槿鄢氐目焖倭鲃?dòng)及其速度場的不均勻性加速陶瓷顆粒上浮，導(dǎo)致涂層凝固后出現(xiàn)顆粒梯度分布的特征。在熔覆層里層，TiC和(Ti,Nb)C顆粒分布較少，顆粒相主要分布在晶界處；熔覆層中間部位和表面，TiC和(Ti,Nb)C顆粒以花瓣?duì)钚螒B(tài)存在，尺寸約為2μm左右。

TiC顆粒具有硬度、模量和抗彎強(qiáng)度高等特點(diǎn)；原位自生TiC增強(qiáng)相具有熱力學(xué)穩(wěn)定、尺寸細(xì)小、分布均勻、界面潔凈并與基體結(jié)合良好的特點(diǎn)。由于在復(fù)合涂層中加入了Nb，故生成(Ti,Nb)C顆粒增強(qiáng)Ni基復(fù)合涂層。

硬度測試表明，C-Ti-Nb-Ni復(fù)合涂層的顯微硬度較基體提高近5倍，200N載荷下，C-Ti-Nb-Ni60A復(fù)合涂層的耐磨性能較基體16Mn鋼提高6倍。對磨損表面的掃描電鏡觀察表明，16Mn鋼磨損表面塑性變形嚴(yán)重，既有很深的犁溝，又發(fā)生嚴(yán)重粘著，表面布滿塊狀磨屑脫落的痕跡和許多即將脫落的磨屑，說明16Mn鋼表面發(fā)生了嚴(yán)重的磨粒磨損和粘著磨損；而Ti-C-Nb-Ni復(fù)合涂層的磨損表面相對較光滑。原因是Ti-C-Nb-Ni復(fù)合涂層中的耐磨硬質(zhì)相(Ti,Nb)C顆粒在摩擦過程中對位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)起阻礙和釘扎作用，使得摩擦過程中需要更大的摩擦力和更多的摩擦功，因此，相同載荷條件下熔覆層的磨損量大大減小。由于熔覆層具有很高的硬度，對磨環(huán)難以有效壓入涂層產(chǎn)生犁削磨損，只能依靠輕微擦劃而緩慢地磨損涂層，因而涂層的磨損面較光滑，整個(gè)磨損表面如同經(jīng)細(xì)的水磨砂紙打磨一樣，看不到明顯的磨溝，只有大量細(xì)小的擦痕。