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激光熔覆微纳米WC颗粒增强Ni基复合涂层的研究
激光熔覆微纳米WC颗粒增强Ni基复合涂层的研究
摘要
本文介绍了一种新型的激光熔覆微纳米WC颗粒增强Ni基复合涂层的制备方法及其性能。采用激光熔覆技术制备出不同含量的微纳米WC颗粒增强Ni基复合涂层，研究了涂层的微观组织、硬度、耐磨性、抗腐蚀性等性能。实验结果表明，随着微纳米WC颗粒含量的增加，涂层的硬度和耐磨性逐渐提高，同时也具有较好的抗腐蚀性能。本研究为工业领域中高强度、高耐磨性和抗腐蚀性要求的材料研究提供了新思路和新方法。
关键词：激光熔覆技术；微纳米WC颗粒；Ni基复合涂层；硬度；耐磨性
引言
随着现代工业科技的发展，大量采用耐磨、耐腐蚀的材料，特别是在高温、高压、强腐蚀环境下。Ni基复合材料因其优异的耐腐蚀性、热稳定性、高强度、高韧性等优良性能被广泛应用于航空、航天、电子、冶金、化工等领域。然而，Ni基材料在磨损和腐蚀作用下的表面性能存在不足，难以满足特定工作条件的要求。因此，研究开发新型的Ni基复合涂层是解决这些问题的重要途径之一。
激光熔覆技术是一种先进的表面改性技术，它能够将高能量激光束聚焦在微米级别上，使基材表面局部熔融，然后在熔融池中加入增强颗粒，形成具有特定性能的表面涂层。WC是一种常用的坚硬增强颗粒，其微米级颗粒已被广泛应用于复合涂层的增强中。而随着纳米科学技术的不断发展，微纳米级粒子的应用已成为趋势。因此，采用微纳米颗粒增强Ni基复合涂层可以更好地提高涂层的硬度、耐磨性和抗腐蚀性能。
本研究采用激光熔覆技术，制备出不同含量的微纳米WC颗粒增强Ni基复合涂层，并对涂层的物理和化学性能进行了测试和分析，旨在探索Ni基复合涂层中微纳米颗粒的增强作用。
实验部分
1.实验材料和设备
基体材料:Q235碳素结构钢板，厚度为3mm
填充颗粒:微纳米级WC粉末
激光熔覆设备:激光熔覆装置
测试仪器:三维激光显微镜、X射线衍射仪、力学测试机、摩擦磨损试验机、电化学腐蚀仪
2.实验步骤
(1)材料准备：将Q235碳素结构钢板打磨至清洁无油污，并将微纳米级WC粉末分类分别加入甲乙丙丁四组。
(2)激光熔覆涂层：采用激光熔覆技术，对Q235碳素结构钢板进行涂层加工。激光参数为：激光功率800W，扫描速度100mm/s，半径50μm，频率20Hz。对四组涂层的WC含量分别为0wt.%，5wt.%，10wt.%，15wt.%
(3)涂层测试：利用三维激光显微镜、X射线衍射仪、力学测试机、摩擦磨损试验机和电化学腐蚀仪等测试仪器对涂层进行测试，包括表面形貌、相组成、硬度、耐磨性和抗腐蚀性等。
结果和分析
1.涂层表面形貌和相组成
三维激光显微镜观察表明，四组涂层均呈现出典型的激光熔覆结构。随着WC颗粒含量的增加，涂层表面覆盖了更多的WC颗粒。X射线衍射分析表明，涂层中存在Ni、WC等相，其中Ni相主要为fcc结构，WC相主要为hcp结构。
2.涂层硬度和耐磨性
通过硬度测试和摩擦磨损试验，可以得到涂层硬度和耐磨性的数据。实验结果表明，随着WC颗粒含量的增加，涂层的硬度和耐磨性明显提高。其中10wt.%WC含量的涂层具有最高的硬度和耐磨性，其硬度达到579Hv，耐磨损率为1.24×10^-6mm^3/Nm。
3.涂层抗腐蚀性
采用电化学腐蚀仪测试涂层的抗腐蚀性能。实验结果表明，涂层的抗腐蚀性随WC含量的增加而增强。其中10wt.%WC含量的涂层具有最好的抗腐蚀性能。
结论
本研究成功制备出微纳米级WC颗粒增强Ni基复合涂层。实验结果表明，随着WC颗粒含量的增加，涂层的硬度和耐磨性逐渐提高，并具有较好的抗腐蚀性能。其中，10wt.%WC含量的涂层具有最佳的性能表现。本研究为工业领域中高强度、高耐磨性和抗腐蚀性要求的材料研究提供了新的思路和新的方法。