李云峰，石岩
激光熔覆 Ni 基合金涂层具有良好的综合性能,但耐磨与耐冲击性能仍有待提高。 分别采用含微米与纳米 WC 颗粒的 Ni 基粉末激光熔覆制备 WC/ Ni 涂层,研究两种 WC 颗粒对 Ni 基涂层组织及耐磨耐冲击性的影响。 利用 SEM 与 XRD 对涂层进行微观组织分析,利用高速摄像机分析熔覆过程中的熔池形态。 采用磨损试验机、夏比冲击试验机对涂层进行耐磨性与耐冲击性测试。 纳米 WC 对熔池流动的促进作用强于微米 WC,并使涂层组织得到更显著的细化。 由于微米 WC 与 Ni45 涂层结合紧密,磨损试验中能有效抵抗配磨件微凸体的切削,最终显著增强涂层耐磨性,磨损率较 Ni45 涂层降低 88. 38%。 但微米 WC 的高脆性不利于涂层耐冲击性的提高,冲击韧性仅为 Ni45 涂层的 91. 28%。 由于纳米 WC 在细化晶粒的同时会弥散分布于晶界与共晶区,在磨损过程中阻碍位错运动,抑制晶粒塑性变形,进而减弱配磨件对涂层的切削,提高涂层耐磨性,磨损率较 Ni45 涂层降低 53. 43%。 由于在晶界与共晶区的纳米 WC 会阻碍裂纹扩展并改变扩展方向,进而提高形成贯穿裂纹的能量,增加涂层断裂所需的冲击功,使涂层耐冲击性得到显著提高,冲击韧性较 Ni45 涂层提高 13. 37%。 通过有限元分析可知, 在冲击过程中涂层中的高脆性微米 WC 会形成高应力集中,证明其对涂层耐冲击性具有不利影响。 而纳米 WC 能降低位错的不均匀滑移,缓解位错堆积,进而有效分散涂层在冲击过程中形成的应力集中,证明其能显著提高复合涂层的耐冲击性能。 研究证明,纳米 WC 能实现涂层耐磨性与耐冲击性的同步提升。
