激光熔覆(Ti,W)C增强镍基涂层的性能

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2024.07.006

摘要/Abstract

摘要：

为了提高热轧高速钢工作辊的耐磨性，通过激光熔覆技术，在球墨铸铁基体上制备了（Ti，W）C质量分数分别为0%，10%，20%，30%的Inconel 625合金涂层.研究了（Ti，W）C颗粒对涂层微观结构、硬度和耐磨性的影响.（Ti，W）C颗粒均匀分布在涂层中，并与Inconel 625有良好的结合；涂层的硬度随着（Ti，W）C颗粒含量增加从HV_0.2280提高到HV_0.2424；在摩擦磨损过程中，（Ti，W）C颗粒作为硬质相抑制了磨损中基体材料的局部塑性变形，质量分数30%（Ti，W）C颗粒的Inconel 625合金涂层磨损量仅为0.015 mm³，平均摩擦系数为0.061 6.证明添加适量的（Ti，W）C颗粒会显著提高Inconel 625合金涂层的硬度及耐磨性，并降低了摩擦系数.

关键词: 激光熔覆, (Ti,W)C颗粒, Ni-(Ti,W)C涂层, 微观结构, 硬度, 耐磨性

Abstract:

In order to improve the wear resistance of hot?rolled high speed steel work rolls， Inconel 625 alloy coatings with 0%， 10%， 20%， and 30% （Ti，W）C content were prepared on ductile iron substrate by laser cladding technology. The effect of （Ti，W）C particles on the microstructure， hardness and wear resistance of the coatings was investigated. The （Ti，W）C particles are uniformly distributed in the coating， and have a good combination with the Inconel 625. The hardness of the coating increases from HV_0.2280 to HV_0.2424 with the increase of the （Ti，W）C particle content. In the process of friction and wear， the （Ti，W）C particles， as hard phases， inhibit the local plastic deformation of the material during wear. The wear amount of Inconel 625 alloy coating containing 30% （Ti， W）C particles is only 0.015 m³， and the average friction coefficient is 0.061 6. It has been proved that the hardness and wear resistance of Inconel 625 alloy coating are significantly improved and the friction coefficient is reduced by adding a reasonable amount of （Ti，W）C particles.

Key words: laser cladding, （Ti，W）C particles, Ni-（Ti，W）C coating, microstructure, hardness, wear resistance

中图分类号:

TG 174.4

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图/表 17

表1 球墨铸铁化学成分（质量分数） (%)

Table 1 Chemical composition of ductile iron (mass fraction)

Mo	C	Si	Mn	P	Cu	Ni	Fe
0.61	3.59	2.06	0.22	0.3	1.15	1.06	余量

表2 Inconel 625涂层粉末化学成分（质量分数） (%)

Table 2 Chemical composition of Inconel 625 coating powders (mass fraction)

C	Ni	Cr	Mo	Nb	Fe	Ti	W
—	58.0	20.0	8.0	3.0	<5.0	—	—

表3 (Ti,W)C涂层粉末化学成分（质量分数） (%)

Table 3 Chemical composition of (Ti,W)C coating powders (mass fraction)

C	Ni	Cr	Mo	Nb	Fe	Ti	W
12.6	—	—	—	—	—	40.0	47.0

图1 Inconel 625合金粉末和(Ti,W)C粉末的SEM形貌（a）（b）—Inconel 625；（c）（d）—（Ti，W）C.

Fig.1 SEM morphology of the Inconel 625 alloy powder and （Ti，W）C powder

图2 激光熔覆示意图

Fig.2 Schematic diagram of laser cladding

表4 Ni-(Ti,W)C涂层激光熔覆工艺参数

Table 4 Parameters of laser cladding process of Ni-(Ti,W)C coating

样品	激光功率	扫描速度	送粉量	熔覆长度	载粉气流	搭接率/%	预热温度
样品	W	mm·min^-1	r·min^-1	mm	L·min^-1	搭接率/%	℃
A-0	1000	400	2	80	6	40	200
A-10	1000	400	2	80	6
A-20	1200	400	2	80	8
A-30	1200	400	2	80	8

图3 环块摩擦磨损试验机

Fig.3 Block-on-ring test machine

图4 不同（Ti，W）C含量涂层微观结构（a）—A-0；（b）—A-10；（c）—A-20；（d）—A-30.

Fig.4 Microstructure of coating with different （Ti，W）C contents

图5 （Ti，W）C颗粒周围元素分布（a）—Ni-（Ti，W）C涂层SEM；（b）~（g）—EDS元素分布.

Fig.5 Distribution of elements around the （Ti，W）C particle

图6 涂层试样的XRD衍射图谱

Fig.6 XRD patterns of the coating samples

图7 涂层试样的显微硬度

Fig.7 Microhardness of the coating samples

图8 涂层试样的平均显微硬度

Fig.8 Average microhardness of the coating samples

图9 涂层试样的摩擦系数

Fig.9 Friction coefficient of the coatings

图10 涂层磨损轨迹剖面图

Fig.10 Profile of wear track of coatings

图11 涂层的磨损体积

Fig.11 Wear volume of coatings

图12 涂层3D磨损形貌（a）—A-0；（b）—A-10；（c）—A-20；（d）—A-30.

Fig.12 3D wear morphology of the coatings

图13 涂层磨损表面形貌图（a）—A-0；（b）—A-10；（c）—A-20；（d）—A-30.

Fig.13 Wear surface morphology of the coatings

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