保護(hù)感應(yīng)熔涂Ni60涂層的組織與性能-圖文

一實(shí)用研究一一特種鑄造及有色合金2008年第28卷第11期保護(hù)感應(yīng)熔涂N160涂層的組織與性能張新子1?2馬穎1閆峰云1郝遠(yuǎn)1劉偉2彭蝴蝶2（1.蘭州理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院；2.首鋼岷山機(jī)械廠）摘要在耐火涂層保護(hù)下，將牌號(hào)為N160鍥基自熔性合金粉料，進(jìn)行了冷敷感應(yīng)熔涂試驗(yàn)研究。對(duì)涂層組織進(jìn)行了金相、掃描電鏡、電子探針及X射線能譜等分析，并測(cè)試了涂層的顯微硬度分布。結(jié)果表明，涂層與基體達(dá)到良好的冶金結(jié)合，涂層組織致密、非金屬夾雜物少、孔隙率低、硬度分布均勻。一次熔涂厚度達(dá)0.6mm,遠(yuǎn)大于其他熔涂工藝，克服了無(wú)保護(hù)涂層的感應(yīng)熔涂的不足，使涂層內(nèi)在品質(zhì)上與真空熔結(jié)涂層相接近。關(guān)鍵詞保護(hù)涂層；感應(yīng)熔涂；涂層組織；冶金結(jié)合中圖分類號(hào)TG174.44文獻(xiàn)標(biāo)志碼A文章編號(hào)1001—2249(2008)11—0834—03Dol:10.3870/tZZZ.2008.11.006在零件表面熔涂N160或Fe60等自熔性高合金粉粘結(jié)劑與合金預(yù)涂層相同。試驗(yàn)設(shè)備為120kW、30?50末，形成高硬度、耐磨及耐蝕表層，成為生產(chǎn)具有特殊功kHz感應(yīng)電源，試樣升降臺(tái)及振動(dòng)制樣臺(tái)各1個(gè)。能復(fù)合零件的重要方法之一，同時(shí)，也是節(jié)約貴重金屬表1N160粉料化學(xué)成分資源的重要手段。因此受到廣泛的關(guān)注。近年來(lái)，出現(xiàn)-7.uBCCrMoBSiFeNi許多表面熔涂工藝，例如火焰噴涂(焊)、等離子噴涂、激光熔覆、真空熔結(jié)及感應(yīng)熔涂等。它們各具特點(diǎn)，但大多數(shù)存在生產(chǎn)效率低、成本高和零件側(cè)面上單次熔涂層厚1.2試驗(yàn)方法度較小等缺點(diǎn)。20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的感應(yīng)熔涂，采用基體表面經(jīng)拋丸除銹，用洗潔精熱水溶液刷洗脫火焰噴涂或等離子噴涂制備合金預(yù)涂層，再經(jīng)感應(yīng)加熱脂，熱水沖洗干凈后，涂上防銹液晾干備用。熔融而熔涂于零件表面，具合金預(yù)涂層制備成本高，生將試樣基體安放于專門模具內(nèi)，將合金粉料加粘結(jié)產(chǎn)效率低。新近出現(xiàn)的冷敷感應(yīng)熔涂技術(shù)[1'2],采用粘劑調(diào)制成的涂料注入試樣與模具內(nèi)壁所形成的空隙中，結(jié)劑將合金粉料粘于基體上，取代了熱噴涂合金預(yù)涂同時(shí)啟動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，令合金涂料緊實(shí)，形成壁厚為1.2層，在較大程度上克服了這些不足之處。但是，仍有兩mm的預(yù)涂層。試樣取出后，晾曬24h,涂層具有一定個(gè)缺點(diǎn)，第一是在熔涂中無(wú)保護(hù)，涂層品質(zhì)不如真空熔強(qiáng)度后，在其外表用手工刮涂保護(hù)涂層約0.5mm，晾曬8h以后入爐，經(jīng)80C保溫1h后升溫至400C保溫結(jié)涂層；第二，零件側(cè)面上的涂層熔體仍然是靠表面張1h,使涂層獲得足夠強(qiáng)度，同時(shí)也使涂層電阻下降，為力附著，涂層厚度較小，往往需要多次熔涂，才能達(dá)到要感應(yīng)熔涂創(chuàng)造條件。求。在冷敷合金預(yù)涂層外表，添加涂耐火保護(hù)涂層的感熔涂過(guò)程見(jiàn)圖1,最初感應(yīng)器位于試樣頂部，感應(yīng)應(yīng)熔涂新工藝，在較大程度上改善了上述兩點(diǎn)的不足，電源調(diào)至所需輸出功率，通電后，試樣靜止加熱至四周其涂層的組織與性能值得關(guān)注。合金預(yù)涂層出現(xiàn)鏡面時(shí)，開(kāi)始上升，等試樣移出感應(yīng)器1試驗(yàn)材料及方法后，熔涂結(jié)束。1.1使用材料及合金預(yù)涂層材料為45號(hào)鋼，由圓鋼車制成聲20mmXI5mm試樣。采用為N160鍥基自熔性合金粉料，粒度為150?300目?；瘜W(xué)成分見(jiàn)表1。粘結(jié)劑為可防止基體表面生銹的自配無(wú)機(jī)粘結(jié)劑。因?yàn)殇P層會(huì)使涂層中合金元素被氧化，形成非金屬夾雜物，損害涂層性能。更大的危害是它會(huì)形成隔熱層，阻礙基體表面的感應(yīng)渦流發(fā)熱向合圖1感應(yīng)熔涂示意圖金預(yù)涂層的迅速傳遞，使熔涂難以進(jìn)行。骨料為石英粉、1.工作臺(tái)2.絕緣墊3.金屬基體4.合全預(yù)涂層5.保護(hù)涂層高鋁粉和B2Q(原料為硼酸)；外加物為鋁粉及氧化鎂；6.感應(yīng)器收稿日期：2008—06—15第一作者簡(jiǎn)介：張新子？男，1963年出生，博士研究生，高級(jí)工程師。蘭州理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，蘭州(730050),電話：0938—86100557,Emai1:zhengpx999@163.corn834萬(wàn)方數(shù)據(jù)2試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1涂層的宏觀組織2.1.1涂層的厚度與均勻性一保護(hù)感應(yīng)熔涂N160涂層的組織與性能張新子等涂層的分布見(jiàn)圖2。在合適的工藝參數(shù)下，單次熔涂厚度達(dá)0.6?0.7mm。涂層上下部厚度差<0.1mm。2涂層中的氣孔熔涂初期涂層的中上部往往存在氣孔，見(jiàn)圖3,它嚴(yán)重?fù)p害涂層組織與性能。其形成原因?yàn)椋菏紫仁呛辖痤A(yù)涂層粘結(jié)劑中含有結(jié)晶水，在400C下烘干無(wú)法完全去除，在高溫下與合金中活性元素反應(yīng)而生成的活性氫原子，這些活性氫原子溶于合金粉粒及先期熔化的合金熔體中，在隨后快速凝固中析出；其次是保護(hù)涂層中的硼酸（H。BOo）在烘干中分解，析出水氣并增加合金預(yù)涂層中的氫來(lái)源，同時(shí)硼酸分解產(chǎn)物B:Oo在420c熔化，堵塞排氣孔，使合金預(yù)涂層在加熱中析出的氣體不能順利排出。圖2涂層的分布圖3涂層中的氣孔x200采取適當(dāng)措施降低保護(hù)涂層中的BQ含量，并將硼酸脫水后使用，增加烘干時(shí)問(wèn)，消除了合金涂層中的氣孔。2.2涂層顯微組織涂層/基體界面組織及結(jié)合狀況熔涂的合金層性能，只有在涂層與基體之間具有良好冶金結(jié)合條件下，才能充分發(fā)揮作用。如果結(jié)合強(qiáng)度差，在使用中涂層就可能剝落。感應(yīng)熔涂N160涂層與45號(hào)鋼基體的結(jié)合界面顯微組織見(jiàn)圖4,可以看出，涂層與基體完全熔合，致密、無(wú)間隙，并形成一條致密白亮帶。其SEM組織見(jiàn)圖5,可見(jiàn)它是由幾乎垂直于界面的柱狀單相枝晶構(gòu)成。研究認(rèn)為可能是單相奧氏體組織，是由于界面處溫度超過(guò)1000C,涂層元素（尤其是Ni和C元素）向基體中擴(kuò)散，隨后快速冷卻中。殘留于基體（奧氏體穩(wěn)定性提高）所致【3J。固溶有大量合金元素的奧氏體。既具有較高塑韌性，又具有較高的強(qiáng)度，是較理想的界面組織。而且以幾乎垂直于界面的棒狀形態(tài)分布，使涂層與基體結(jié)合更牢固。在感應(yīng)熔涂初期，涂層/基體界面上感應(yīng)電流突升，萬(wàn)方數(shù)據(jù)圖4涂層/基體界面顯微圖5Ni60/45號(hào)鋼界面組織X540SEM照片所產(chǎn)生的熱量最大，這一現(xiàn)象在感應(yīng)熔涂中起著決定性的作用1,它使合金預(yù)涂層由下向上熔化，使其與基體良好地熔合。冶金結(jié)合的特征是在界面附近形成具有元素濃度梯度分布的過(guò)渡層，從而建立了性能的過(guò)渡區(qū)，避免了由于成分和性能突變而削弱涂層與基體間的結(jié)合。圖6為感應(yīng)熔涂界面附近N1、Fe、Cr三元素的電子探針?lè)治銮€，表明合金元素在界面附近呈連續(xù)梯度分布。?-0.3-0.2-距離界面距離-圖6感應(yīng)熔涂界面附近元素分布曲線真空熔結(jié)中，由于合金預(yù)涂層熔融界面附近N1、Fe、Cr、Si的擴(kuò)散系數(shù)達(dá)10叫oIT12?s?，遠(yuǎn)大于各元素在7—Fe中的擴(kuò)散系數(shù)10_12m2?s~is］。在感應(yīng)熔涂初期，是借助涂層/基體界面發(fā)熱來(lái)熔化合金預(yù)涂層，而真空熔結(jié)中合金預(yù)涂層是由外向內(nèi)加熱熔化，兩者比較，感應(yīng)熔涂中界面溫度比真空熔結(jié)時(shí)的溫度更高，因而元素?cái)U(kuò)散會(huì)更充分。能建立更良好的梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)。圖7為鍥基自熔性合金一碳化銘復(fù)合涂層真空熔結(jié)于45號(hào)鋼表面的照片8j。圖7真空熔結(jié)涂層的顯微組織x200通過(guò)圖4和圖7對(duì)比可見(jiàn)，感應(yīng)熔涂與真空熔結(jié)相似，都在界面處形成致密單相白亮帶，據(jù)測(cè)定，鍥基自熔性合金一碳化銘復(fù)合涂層與45號(hào)鋼基體界面結(jié)合強(qiáng)度達(dá)360-400MPa［引，遠(yuǎn)大于多數(shù)熱噴涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。因此有理由推斷感應(yīng)熔涂涂層與基體的結(jié)保護(hù)展2試驗(yàn)結(jié)果與分析835特種鑄造及有色合金2008年第28卷第11期合強(qiáng)度和真空熔燒界面相近，能達(dá)36OMPa以上。涂層顯微組織N160涂層顯微組織見(jiàn)圖8,由基體加碳化物組成。由于涂層合金中含Cr、Ni等合金元素較高，提高了淬透性，感應(yīng)熔涂后在空氣中快速冷卻相當(dāng)于高銘鑄鐵在大于1000C下的正火處理，所獲基體組織，為馬氏體加殘余奧氏體L61。圖8感應(yīng)熔涂涂層的顯微組織X200由圖8可見(jiàn)，隨著由界面向涂層方向移動(dòng)，組織中的針狀和塊狀碳化物數(shù)量增加；隨著由界面向基體內(nèi)部方向移動(dòng)，珠光體減少，鐵素體增多。這種組織變化可從涂層顯微硬度分布得到進(jìn)一步證實(shí)（見(jiàn)圖9）,可以發(fā)現(xiàn)界面附近基體硬度有較大地提高，襯墊作用加強(qiáng)，使涂層能承受更大載荷。涂層底部距界面約0.1mm處的硬度就達(dá)到自熔合金的標(biāo)定硬度值，而且趨于穩(wěn)定，避免了無(wú)保護(hù)感應(yīng)熔涂涂層中的硬度波動(dòng)現(xiàn)象。說(shuō)明涂層中合金元素Cr、N1、S1、B等氧化燒損小，保護(hù)涂層發(fā)揮了阻隔氧氣的作用。同時(shí)，也表明基體元素（主要指Fe）對(duì)涂層的稀釋作用小，涂層中兩種復(fù)合過(guò)渡層厚度僅為0.1mm。雁離界面距離/un圖9涂層顯微硬度分布曲線2.2.3涂層組織中的強(qiáng)化相組成自熔性合金N160屬碳化物強(qiáng)化型合金，碳化物的類型、數(shù)量、分布和形態(tài)對(duì)涂層耐磨性有著決定性影響，圖10為合金涂層在暗場(chǎng)中的金相照片，可以看出，這些碳化物呈非晶界（網(wǎng)狀）分布，并形成連續(xù)骨架，使涂層具備高耐磨性。圖11為合金涂層的X射線衍射圖，由圖11可見(jiàn)，Ni60涂層中主要碳化物為Cr,C。，其次為Fe。C、Ni。Si。和NiaBso值得注意的是，Ni60涂層中Ni。Si。、Ni。B。強(qiáng)836萬(wàn)方數(shù)據(jù)圖10涂層中碳化物的分布和形態(tài)

X200化相的出現(xiàn)，說(shuō)明保護(hù)涂層在熔涂中發(fā)揮了較好的作用，合金涂層中的脫氧活性元素S1和B氧化損失少，從而在涂層中形成金屬間化合物，可進(jìn)一步提高涂層的耐磨性。圖11涂層的X射線衍射譜3結(jié)論(1)保護(hù)涂層使冷敷感應(yīng)熔涂的涂層厚度由0.3?O.4Inn2,上下部涂層厚度差<0.1n1Ino(2)感應(yīng)熔涂涂層與基體形成良好的冶金結(jié)合，界面強(qiáng)度高，涂層致密，涂層稀釋度小，硬度分布均勻，具有更好的耐磨性。(3)自熔性合金N160涂層中的主要強(qiáng)化相為散分布的硬質(zhì)相，保證了涂層的高耐磨性。參考文獻(xiàn)焊GNi—WC25涂層的性能研究[J].材料工程.2003(2):3—6.[3]張新子、牛顯明、郝遠(yuǎn)，等.感應(yīng)熔涂料的研究[J].特種鑄造及有色合金，2007。合金，2007。27(10):746—749.[4]林化春，王俊英.鍥基合金一碳化銘復(fù)合涂層材料的界面擴(kuò)散系數(shù)[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào)，1988(8):30-32.王俊英。倪新華.真空熔燒涂層與母材的界面研究[J].材料與開(kāi)發(fā)應(yīng)用，2002,17(3):18—20.程巨強(qiáng).開(kāi)箱時(shí)間及熱處理對(duì)Cr28鑄鐵組織和性能的影響[J].特種鑄造及有色合金，2007,27(10):756—758.合強(qiáng)度和真空熔燒(編輯：張正賀)合強(qiáng)度和真空熔燒(編輯：張正賀)合強(qiáng)度和真空熔燒:222法星同微住刪：11增加至0.6?O.7Cr,Co,還有少量金屬間化合物Ni3S1。和Ni;B3,多種彌[13張?jiān)鲋?高效快速感應(yīng)熔涂技術(shù)1—].北京：冶金工業(yè)出版社。2001.[2]張?jiān)鲋?，韓桂泉，付躍文，等.高頻感應(yīng)熔涂，激光熔覆與氧乙快噴[5]保護(hù)感應(yīng)熔涂Ni60涂層的組織與性能作者：作者單位:張新子，馬穎，閆峰云，郝遠(yuǎn)，劉偉，彭蝴蝶，ZhangXinzi,MaYing,YanFengyun,HaoYuan,LiuWei,PengHudie張新子,ZhangXinzi(蘭州理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院；首鋼岷山機(jī)械廠，馬穎，閆峰云，郝遠(yuǎn),MaYing,YanFengyun,HaoYuan(蘭州理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，劉偉，彭蝴蝶,LiuWei,PengHudie(首鋼岷山機(jī)械廠特種鑄造及有色合金SPECIALCASTING&NONFERROUSALLOYS2008,(110次刊名：英文刊名：年，卷(期：引用次數(shù)：參考文獻(xiàn)(6條.張?jiān)鲋靖咝Э焖俑袘?yīng)熔涂技術(shù)2001.張?jiān)鲋?韓桂泉.付躍文.沈立山高頻感應(yīng)熔涂、激光熔覆與氧乙快噴焊GNi-WC25涂層的性能研究［期刊論文卜材料工程2003(2.張新子.牛顯明.郝遠(yuǎn).閆峰云.張平祥感應(yīng)熔涂用保護(hù)涂料的研究［期刊論文卜特種鑄造及有色合金2007(104.林化春.王俊英.楊啟志.林晨.蘭德喜.趙桂.郭連軍鍥基合金-碳化銘復(fù)合涂層材料的界面擴(kuò)散系數(shù)［期刊論文卜鋼鐵研究學(xué)報(bào)1999(4.王俊英.倪新華真空熔燒涂層與母材的界面研究［期刊論文卜材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用2002(3.程巨強(qiáng)開(kāi)箱時(shí)間及熱處理對(duì)Cr28鑄鐵組織和性能的影響［期刊論文卜特種鑄造及有色合金2007(10相似文獻(xiàn)(3條.期刊論文張新子.牛顯明,郝遠(yuǎn).閆峰云.張平祥.ZhangXinzi.NiuXianming.HaoYuan.YanFengyun.ZhangPingxiang?應(yīng)熔涂用保護(hù)涂料的研究-特種鑄造及有色合金2007,27(10針對(duì)冷敷涂層感應(yīng)熔涂的工藝要求，參照有關(guān)金屬加熱用保護(hù)涂層文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)出幾種保護(hù)涂層配方.經(jīng)各種性能測(cè)試和分析，得出最佳成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%的SiO2、15%的B2O3,10%的Al2O3，外加鋁粉和MgO等10%.高頻感應(yīng)熔涂初步試驗(yàn)在工件側(cè)面上獲得的合金熔涂層厚度達(dá)0.5?0.6mmH顯微硬度分布均勻，證實(shí)了保護(hù)涂層有防氧化、防合金流失的作用..期刊論文張新子.馬穎.牛顯明.劉嘉平.楊貴云.張平祥.郝遠(yuǎn).ZHANGXinzi.MAying.NIUXianming.LIUJiaping.YANGGuiyun.ZHANGPingxiang.HAOYuan保護(hù)感應(yīng)熔涂Fe60涂層組織與性能-新技術(shù)新工藝2008(10在耐火保護(hù)涂層下，對(duì)鐵基自熔性合金粉料Fe60進(jìn)行冷敷感應(yīng)熔涂試驗(yàn).通過(guò)金相、掃描電鏡、電子探針及X射線能譜、顯微硬度等方法對(duì)涂層組織進(jìn)行分析.結(jié)果表明，涂層與基體冶金結(jié)合良好，組織致密，非金屬夾雜物少，孔隙率低，硬度分布均勻，且一次熔涂厚度達(dá)0.6mm,遠(yuǎn)大于其它熔涂工藝，克服了無(wú)保護(hù)涂層感應(yīng)熔涂的不足，且涂層內(nèi)在質(zhì)量與真空熔結(jié)涂層相接近..期刊論文張新子.牛顯明.閆峰云.郝遠(yuǎn).張海濤.彭蝴蝶.ZhangXinzi.NiuXianming.YanFengyun.HaoYuan.ZhangHa