無錫不銹鋼板：用 (Ti, Nb)C 增強鎳基復合涂層提高鋼材抗磨性能

無錫不銹鋼板7月1日訊 通過熔覆技術在廉價材料表面制備耐磨和耐蝕涂層具有重要的實用價值。黑龍江科技大學近期報道了以Ti、C、Nb粉和Ni60A合金粉末為原料，采用氬弧熔覆技術在16Mn鋼基材表面制備(Ti,Nb)C顆粒增強Ni60A復合涂層的工作，明顯提高了鋼材的耐磨性能。常用的表面熔覆技術有激光熔覆、等離子熔覆、堆焊、熱噴涂、感應熔覆和鎢極氬弧熔覆等，其中氬弧熔覆熱量集中，在熔覆的整個過程中，電極和電弧及金屬粉末都處在氬氣的保護之中，加熱、冷卻過程中無氧化、燒損現象；而且可實現手工操作，靈活性高，可對形狀復雜的基件進行熔覆。他們以熱軋態16Mn鋼作為基體材料，表面除油去銹。以C、Ti、Nb和Ni60A合金粉末為原料，粉末的平均粒度為40～45μm。首先按照3%C-10%Ti-3%Nb-84%Ni60A的質量配比稱量原料粉末，在研磨罐中混合均勻，然后采用普通膠水作為粘結劑，將混合粉末調成糊狀，涂覆在16Mn鋼表面，涂層厚度約為1.0～1.5mm，烘干后，通過氬弧熔覆獲得原位自生(Ti,Nb)C顆粒增強鎳基復合涂層(即C-Ti-Nb-Ni60A涂層)。

對熔覆涂層的組織檢測表明：C-Ti-Nb-Ni60A復合涂層與基體間呈冶金結合，界面間無氣孔和裂紋；復合涂層由γ-Ni，TiC和Cr23C6組成。TiC和(Ti,Nb)C顆粒在涂層厚度方向具有明顯的梯度分布特征，在表層TiC和(Ti,Nb)C的體積分數較大；從涂層的底部到表面，由單個細小顆粒逐步演化成多個顆粒的團絮狀。其主要形成原因為熔池的快速流動及其速度場的不均勻性加速陶瓷顆粒上浮，導致涂層凝固后出現顆粒梯度分布的特征。在熔覆層里層，TiC和(Ti,Nb)C顆粒分布較少，顆粒相主要分布在晶界處；熔覆層中間部位和表面，TiC和(Ti,Nb)C顆粒以花瓣狀形態存在，尺寸約為2μm左右。

TiC顆粒具有硬度、模量和抗彎強度高等特點；原位自生TiC增強相具有熱力學穩定、尺寸細小、分布均勻、界面潔凈并與基體結合良好的特點。由于在復合涂層中加入了Nb，故生成(Ti,Nb)C顆粒增強Ni基復合涂層。

硬度測試表明，C-Ti-Nb-Ni復合涂層的顯微硬度較基體提高近5倍，200N載荷下，C-Ti-Nb-Ni60A復合涂層的耐磨性能較基體16Mn鋼提高6倍。對磨損表面的掃描電鏡觀察表明，16Mn鋼磨損表面塑性變形嚴重，既有很深的犁溝，又發生嚴重粘著，表面布滿塊狀磨屑脫落的痕跡和許多即將脫落的磨屑，說明16Mn鋼表面發生了嚴重的磨粒磨損和粘著磨損；而Ti-C-Nb-Ni復合涂層的磨損表面相對較光滑。原因是Ti-C-Nb-Ni復合涂層中的耐磨硬質相(Ti,Nb)C顆粒在摩擦過程中對位錯的運動起阻礙和釘扎作用，使得摩擦過程中需要更大的摩擦力和更多的摩擦功，因此，相同載荷條件下熔覆層的磨損量大大減小。由于熔覆層具有很高的硬度，對磨環難以有效壓入涂層產生犁削磨損，只能依靠輕微擦劃而緩慢地磨損涂層，因而涂層的磨損面較光滑，整個磨損表面如同經細的水磨砂紙打磨一樣，看不到明顯的磨溝，只有大量細小的擦痕。