等离子喷焊技术制备陶瓷颗粒增强镍基涂层,因涂层具有良好耐磨性、耐蚀性等特点,已成为业界研究的热点。外加陶瓷颗粒粗大、易在喷焊层中集聚等问题,导致对涂层的改善效果有限,但原位生成的陶瓷颗粒细小、均匀,可有效的解决这些问题。本文以Ni60A自熔性合金粉末为基础,通过掺入Ti-Fe、Ti-Fe-Si多元合金粉体进行合金配比优化,探索多元合金粉体协同作用对镍基喷焊层耐磨性和耐蚀性的影响。在ANSYS软件上进行等离子喷焊过程温度场有限元数值模拟,实现喷焊层内部温度场变化可视化,优化喷焊层制备工艺参数设计;通过OM、XRD、SEM、EDS等研究了Ti-Fe以及Ti-Fe+Si粉对喷焊层显微组织的协同作用;通过磨粒磨损试验研究喷焊层的磨损性能;通过电化学试验研究喷焊层的电化学腐蚀性能。研究结果如下:基于镍基自熔性合金粉体、45钢的热物性参数和等离子喷焊工艺,以高斯热源模型,通过ANSYS软件采用APDL参数化语言进行二次开发,能够清晰直观进行镍基合金粉末喷焊过程中温度场随电流变化情况,实现喷焊过程的可视化。设定喷焊速度为80mm/min,等离子弧在x轴方向上的摆动速度为1000 mm/min,摆宽14 mm,输入电压34V,输入电流为100¹45 A。模拟结果表明:随着电流的增大,与弧柱中心直接相对应的熔合区温度从1168℃增加至1673℃;同时,当输入电流为130 A时,喷焊层界面温度达1503℃。试验验证结果表明,输入电流为115¹30 A时,能够获得成型性和宏观性能良好的镍基喷焊层,这与喷焊过程的数值模拟结果相一致,进一步证明模拟结果的可靠性。采用Ni60A+Ti-Fe混合粉末制备原位生成TiC增强镍基喷焊层时,喷焊层由基体相FeNi₃、γ-Ni、β-Ni₃Si,硬质相M₂₃C₆、M₇C₃、TiC等组成;随着Ti-Fe的掺入,喷焊层组织中高含碳的M₇C₃减少,低含碳的M₂₃C₆增加;原位生成的TiC粒径为1¹.5μm,或弥散分布在基体中或作为异质形核元素被M₂₃C₆包裹,能有效的细化晶粒,提高喷焊层的耐磨性和耐蚀性。当Ti-Fe掺量为6%时,显微硬度可达951 HV_0.2,是纯镍基喷焊层的1.5倍;磨损失重率为0.63%,耐磨性是纯镍基喷焊层的3.8倍;自腐蚀电流为1.250×10^-5 A,较纯镍基喷焊层相比明显降低,耐蚀性显著提高。喷焊层内TiC等陶瓷相弥散分布在基体中,有效阻碍了腐蚀过程中电子的迁移,显著降低了自腐蚀速率;同时,与金属材料相比,陶瓷颗粒具有更高的平衡电位,陶瓷颗粒含量越高则材料自身平衡电位越高,具有较低的自腐蚀倾向。采用Ni60A+Ti-Fe+Si混合粉末制备原位生成TiC增强镍基喷焊层。Ti-Fe掺量和Si粉掺量均为6%时,可以获得工艺性能和组织结构较好的喷焊层。与单掺Ti-Fe相比喷焊层基体结构变化不大,但由于Si粉的掺入,喷焊层内有TiSi₂、SiC和Ti₃SiC₂等相生成,同时,也促进了β-Ni₃Si含量的增加;喷焊层中部和顶部组织结构有较大差异,中部基体中有较多的蜂巢状“γ-Ni+β-Ni₃Si”的共晶组织,面包状“FeNi₃+Ti₃SiC₂”混合组织镶嵌于共晶组织之间;在顶部区域,生成较多的TiSi₂、SiC等陶瓷相,且Si粉含量越高,生成量越大。喷焊层顶部,显微硬度随着Si粉掺量增加而升高;当Si粉掺量为6%时,喷焊层顶部显微硬度可达987 HV_0.2,而喷焊层中部则呈相反趋势。Ti-Fe+Si协同制备的原位生成TiC增强镍基喷焊层与直接单掺Ti-Fe粉相比,耐磨性约为后者的79%,但耐蚀性能与后者相当。关于β-Ni₃Si、Ti₃SiC₂的形成机制以及对耐磨性能影响有待深入研究。