銅表面等離子熔覆Ni-Ni-Al金屬間化合物涂層制備及性能研究.pdf

1、表面改性可以使Cu基材表面獲得耐高溫、耐磨損以及耐腐蝕等多種優(yōu)異性能。等離子熔覆作為一種先進(jìn)的表面改性技術(shù)，可以制備出低稀釋率、組織致密及與基體結(jié)合良好的涂層，但采用這種技術(shù)在Cu基材表面制備涂層的研究未見報(bào)道。本文初次嘗試以Ni粉和Al粉為熔覆原材料，采用等離子熔覆技術(shù)在純Cu基材表面制備Ni-Al金屬間化合物涂層。考慮到Ni-Al金屬間化合物與Cu基材的潤濕性差，且Ni-Al金屬間化合物與Cu基材界面存在應(yīng)力奇異性，在Ni-Al層與

2、Cu基體之間加入了Ni過渡層，制備出Ni/Ni-Al金屬間化合物涂層，并在Ni-Al層中添加Fe和Y2O3，對涂層的相組成、界面結(jié)合、微觀組織、成分、顯微硬度和耐磨性進(jìn)行了測試分析。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴采用L9(33)正交表對工作電流、掃描速度、氬氣流量三因素進(jìn)行銅表面等離子熔覆Ni/Ni-Al金屬間化合物涂層正交試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氬氣流量(C)對涂層表觀質(zhì)量影響最大，工作電流(A)對涂層界面結(jié)合和顯微硬度影響最顯著。最佳工

3、藝參數(shù)為:工作電流150A，掃描速度10cm/min，氬氣流量1L/min。
　?、撇捎米罴压に噮?shù)在純Cu表面等離子熔覆Ni/Ni-Al涂層，研究結(jié)果表明，可以在Cu表面原位反應(yīng)合成單相金屬間化合物NiAl。涂層致密、無裂紋，過渡層Ni與基體Cu形成冶金結(jié)合。涂層從基體界面到表層的組織變化為平面晶→柱狀晶→無序樹枝晶→等軸晶。Ni-Al涂層在摩擦磨損試驗(yàn)中沒有出現(xiàn)脆性斷裂剝離，而是出現(xiàn)了磨粒磨損特征的犁溝，磨損是由多次塑性變形導(dǎo)

4、致斷裂造成的。
　　⑶不同F(xiàn)e含量的Ni-Al涂層，主要物相均為單相NiAl，F(xiàn)e作為溶質(zhì)原子固溶在NiAl中;涂層組織主要是樹枝晶;Ni、Al、Fe、Cu各元素在界面處存在明顯的過渡梯度，涂層與基體Cu形成了冶金結(jié)合。隨著Fe含量的增加，樹枝晶逐步細(xì)化;形成Ni-Al-Fe三元合金使熔點(diǎn)降低導(dǎo)致Ni過渡層厚度變窄;涂層的顯微硬度先增加后降低，當(dāng)Fe含量為15at.％時(shí)，獲得最大的顯微硬度。Fe元素的加入對涂層的耐磨性產(chǎn)生顯著地提

5、高，耐磨性最高的涂層是未添加Fe涂層的6.5倍。
　?、炔煌琘2O3含量的Ni-Al涂層中物相隨著Y2O3增加而改變，當(dāng)Y2O3添加量不超過1.5wt.％時(shí)，Ni-Al涂層物相均為單相的金屬間化合物NiAl;當(dāng)Y2O3添加量為2.0wt.％時(shí)，Ni-Al涂層中存在NiAl相和Ni3Al相。隨著Y2O3含量的增加，Ni-Al涂層組織細(xì)化，獲得彌散分布的析出相;Ni、Al、Cu元素從涂層區(qū)到界面結(jié)合處含量發(fā)生改變，熔覆材料來自基材的稀