強(qiáng)流脈沖碳?xì)潆x子束輻照WC-Ni硬質(zhì)合金涂層表面改性研究.pdf

1、本研究分別在TEMP-6型和TEMP-4M型強(qiáng)流脈沖離子束(HIPIB)裝置上開展強(qiáng)流脈沖離子束輻照超音速火焰噴涂(HVOF) WC-Ni硬質(zhì)合金涂層的表面改性實(shí)驗(yàn)，研究了不同成分離子束輻照WC-Ni硬質(zhì)合金涂層形貌特征、相結(jié)構(gòu)、表面顯微硬度及硬度深度分布的變化規(guī)律，探討了HIPIB輻照WC-Ni硬質(zhì)合金涂層的表面改性機(jī)制。主要研究內(nèi)容包括：
　　⑴采用束流密度200 A/cm2、脈沖寬度70 ns、離子束成分30％碳離子和70％

2、氫離子的混合離子束對WC-10Ni和WC-12Ni硬質(zhì)合金涂層進(jìn)行1-10次輻照。多次HIPIB輻照使硬質(zhì)合金涂層表面出現(xiàn)大量丘狀凸起，并相連成條狀，涂層表面粗糙度Ra值顯著增大:WC-10Ni和WC-12Ni涂層表面粗糙度分別由原始的0.637μm和0.019μm增加到2.443μm和0.150μm。隨著輻照次數(shù)的增加，硬質(zhì)合金涂層表面WC硬質(zhì)相發(fā)生反復(fù)重熔、Ni粘結(jié)相發(fā)生選擇性燒蝕，HVOF涂層制備工藝下殘留的微孔得到焊合，微區(qū)范圍

3、內(nèi)光滑致密化，重熔層深度增加，10次輻照后，兩者的重熔層深度分別達(dá)到3～4μm。HIPIB輻照使硬質(zhì)合金涂層表層發(fā)生六方相α-WC向立方相β-WC1-x轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變量隨輻照次數(shù)增加而變大。WC-10Ni和WC-12Ni硬質(zhì)合金涂層表面硬度隨輻照次數(shù)的增加分別呈現(xiàn)出“先增加-后減小”和“先增加-后不變-再增加”的變化規(guī)律，10次輻照后，表面硬度分別由原始試樣的10.4 GPa和10.5 GPa分別提高至14.6 GPa和13.3 GPa。H

4、IPIB輻照在硬質(zhì)合金涂層表面形成重熔層，并在遠(yuǎn)大于離子射程范圍內(nèi)產(chǎn)生“長程硬化”效應(yīng)，硬化層深度均隨輻照次數(shù)的增加而增大，10次輻照后，WC-10Ni和WC-12Ni涂層的硬化層深度分別達(dá)到140μm和90μm。
　?、撇捎秒x子束成分85％碳離子和15％氫離子、束流密度200 A/cm2、脈沖寬度100 ns、離子束1-10次輻照WC-12Ni硬質(zhì)合金涂層。多次HIPIB輻照在WC-12Ni硬質(zhì)合金涂層表面形成燒蝕坑和網(wǎng)狀微裂紋

5、的表面形貌，涂層表面粗糙度Ra值呈現(xiàn)出“先增加-后減小”的變化規(guī)律:1次輻照后涂層表面粗糙度由原始試樣的0.021μm增加到0.164μm，5次和10次輻照后依次減小至0.118μm和0.111μm。涂層表層也發(fā)生六方相α-WC向立方相β-WC1-x轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變量隨輻照次數(shù)增加而增大。涂層表面硬度隨輻照次數(shù)而增加，10次輻照后，涂層表面硬度由原始試樣的10.5 GPa增加至14.1 GPa。5次和10次輻照后WC-12Ni硬質(zhì)合金涂層表層