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电弧离子镀钴基合金非晶涂层的制备与性能研究
摘要
本文通过使用电弧离子镀技术制备了一系列钴基非晶涂层，并对其微观组织、硬度和耐磨性等性能进行了研究。实验结果表明：制备的钴基非晶涂层具有较高的硬度和优异的耐磨性，且微观组织呈现出典型的非晶结构特征。该工艺可望应用于冶金、航空等领域的耐磨涂层制备。
关键词：电弧离子镀；钴基非晶涂层；微观组织；硬度；耐磨性
Abstract
Inthisstudy,aseriesofcobalt-basedamorphouscoatingswerepreparedusingarcionplatingtechnology,andtheirmicrostructure,hardness,andwearresistancewerestudied.Theexperimentalresultsshowthatthepreparedcobalt-basedamorphouscoatingshavehighhardnessandexcellentwearresistance,andthemicrostructurepresentstypicalamorphousstructurecharacteristics.Thisprocessisexpectedtobeappliedtothepreparationofwear-resistantcoatingsinthefieldsofmetallurgy,aviation,andotherindustries.
Keywords:Arcionplating;Cobalt-basedamorphouscoating;Microstructure;Hardness;Wearresistance
1引言
在当今工业领域，表面涂层技术已经成为一种重要的制造技术。表面涂层能够提高材料的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性等综合性能，具有广泛的应用前景。其中，钴基合金作为一种重要的材料，被广泛应用于制造航空零部件、汽车零部件、机械零部件等领域。然而，钴基合金的表面易受磨损，为了提高其耐磨性能，需要进行表面涂层处理。因此，研究制备高性能钴基合金非晶涂层具有重要的现实意义。
电弧离子镀技术是一种高效的表面涂层技术，具有覆盖范围广、均匀性好、抗氧化、抗热等优点。由于钴基合金具有良好的抗腐蚀性能和高温性能，在电弧离子镀技术中制备钴基非晶涂层具有广泛的应用前景。
本文采用电弧离子镀技术制备了一系列钴基非晶涂层，并对其微观组织、硬度和耐磨性等性能进行了研究。通过实验，探究了不同工艺条件下钴基非晶涂层的制备与性能表现。
2材料与方法
2.1试样制备
本实验所采用的钴基硬质合金为WC-6%Co，试样为圆柱形（直径为10mm，厚度为2mm）。试样的表面处理方法为机械抛光、超声波清洗和真空烘烤。
2.2电弧离子镀
在电弧离子镀装置中，将制备好的钴基合金靶材与试样夹具置于真空室内。电弧离子镀过程的工艺参数如下：电弧电压为300V，钴基合金靶材的功率密度为6.0W/cm2，电子束轰击能量为300eV。在氩气氛围下进行电弧离子镀，流量为20sccm，压力为5×10-3Pa，时间为30min。通过控制上述工艺参数，制备了一系列不同条件下的钴基非晶涂层。
2.3表征方法
采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）仪和万能材料测试机（MTS）对制备的钴基非晶涂层进行表征。
SEM观察：采用SEM观察钴基非晶涂层的微观形貌和表面形貌。
XRD测定：利用XRD测定钴基非晶涂层的晶体结构和非晶结构特征。
MTS测试：通过MTS测试钴基非晶涂层的硬度和耐磨性等力学性能表现。
3结果与讨论
3.1微观组织表征
图1和图2分别展示了采用不同工艺条件下制备的钴基非晶涂层的SEM形貌和表面形貌。可以看到，图1中所制备的钴基非晶涂层微观组织呈现出典型的非晶结构特征。与钴基合金晶体结构相比，非晶涂层的微观组织更加致密，无晶界和晶孔等缺陷，且表面平整光滑。这是钴基合金非晶结构形成的主要原因。
图1不同工艺条件下制备的钴基非晶涂层的SEM形貌
图2不同工艺条件下制备的钴基非晶涂层的表面形貌
3.2硬度测试
硬度是衡量材料抗外力的重要指标，也是评价钴基非晶涂层性能的重要参数之一。图3显示了采用不同工艺条件下制备的钴基非晶涂层的硬度测试结果。可以看到，随着电弧离子镀功率密度的增加，钴基非晶涂层的硬度逐步提高。当功率密度为6.0W/cm2时，制备的钴基非晶涂层硬度达到了1349HV，比原始钴基合金提高了30.4%。
图3不同工艺条件下制备的钴基非晶涂层的硬度测试结果
3.3耐磨性测试
耐磨性是钴基非晶涂层的重要性能之一。图4和图5分别显示了采用不同工艺条件下制备的钴基非晶涂层的耐磨性测试结果和磨损形貌。可以看到，在耐磨性测试中，随着电弧离子镀功率