ZG45表面镍基熔覆层的制备与摩擦性能研究

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本论文以泵中密封环为应用背景,运用真空熔覆技术在ZG45表面制备出Ni基熔覆层。研究了制备工艺、熔覆层组织结构并对熔覆层试样进行了电化学性能以及常温摩擦磨损性能的测试。实验结果表明:在1050℃×1h工艺下能够制备出熔覆层表面光滑致密与母材具有冶金结合的试样,熔覆层整体及界面组织致密、无夹杂,扩散层为白亮高镍合金,过渡层为Fe的细晶层。Ni基晶粒为倾斜状并与热流方向呈一定角度分布其成分是Ni和Ni的固溶体。熔覆层组织结构的形成是定向凝固过程中一种定向共晶的体现,显微硬度呈现梯度分布其表层硬度值最高。陶瓷颗粒均匀弥散分布在金属Ni基中,并发生了少部分溶解的现象。Ni基熔覆层在3.5%NaCl中的自然腐蚀电位为-0.4V,vsSCE, ZG45为-0.6V,vs SCE,随着陶瓷颗粒含量的增加熔覆层的抗腐蚀能力逐渐提高,加入陶瓷颗粒后的熔覆层腐蚀电位提升,腐蚀电流下降,腐蚀以点蚀和电偶腐蚀两种形式存在。Ni基熔覆层的腐蚀类型主要以点蚀为主。载荷为14N,摩擦频率为10Hz时,ZG45的摩擦系数为0.55-0.89,质量磨损率为3.3xl0-8g/N-m, Ni基熔覆层摩擦系数为0.40-0.69,质量磨损率为3.1×10-8g/N·m,当摩擦频率为30Hz时,ZG45的摩擦系数为0.32-0.58,质量磨损率为5.6×10-8g/N·m,Ni基熔覆层摩擦系数为0.30-0.45,质量磨损率为2.0×10-88g/N·m,说明在相同摩擦参数下Ni基熔覆层的耐磨性优于ZG45。载荷为14N,摩擦频率为10Hz时,5%Ni/Al2O3摩擦系数为0.50-0.62,20%Ni/Al2O3摩擦系数为0.57-0.79,20%Ni/WC摩擦系数为0.35-0.71,50%Ni/WC为0.31-0.69,摩擦频率为30Hz时5%Ni/Al2O3摩擦系数为0.39-0.89,20%Ni/Al2O3摩擦系数为0.31-0.49,20%Ni/WC摩擦系数0.29-0.57,50%Ni/WC摩擦系数0.35-0.64,说明随着摩擦频率的增加陶瓷颗粒熔覆层的摩擦系数逐渐增大。载荷为14N,摩擦频率为10Hz时,1%Ni/G摩擦系数为0.32-0.82,5%Ni/G摩擦系数为0.22-0.66,Ni/(1%G+20%WC)摩擦系数为0.34-0.65,Ni/(5%G+20%WC)摩擦系数为0.38-0.68,摩擦频率为30Hz时,1%Ni/G摩擦系数为0.28-0.43,5%Ni/G摩擦系数为0.31-0.57,,Ni/(1%G+20%WC)摩擦系数为0.43-0.79,Ni/(5%G+20%WC)摩擦系数为0.29-0.45,说明Ni/G与Ni/(G+WC)相比具有较低的摩擦系数和摩擦系数波动范围。Ni基熔覆层的磨损机制主要为粘着磨损,Ni/Al2O3、Ni/WC的磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损,Ni/G以脆性断裂为主,Ni/(G+WC)为磨粒磨损和脆性断裂,加入陶瓷颗粒后的熔覆层与Ni基熔覆层相比具有更高的耐蚀蚀性和抗磨性。石墨颗粒可以作为自润滑熔覆层的加入相,相同摩擦参数下自润滑熔覆层比抗磨熔覆层的摩擦系数低,自润滑熔覆层的磨损率与摩擦频率的增加成反比。
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