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高频感应熔覆和表面热处理复合工艺制备的Ni-40WC层的性能研究
引言
现代工业领域需要高性能的材料来满足不断变化的需求，这也要求有高端、高质的研究和生产技术。对于表面解决方案，摩擦、耐磨和耐蚀性一直是重要关注的问题，尤其是涉及到高温、高负荷和高速摩擦等复杂条件下的工况，对于材料表面的要求更为严格。尽管碳化钨（WC）是一种优秀的耐磨材料，但是它的焊接和涂层铸造等加工工艺难度较大，且涂层亲和力不高。高频感应熔覆是一种新型的表面处理技术，可以有效地改善材料表面性能，并且能够在不改变基体性能的情况下，在表面形成一层高质量的镀层。同时，以Ni基合金镀层为载体，可以进一步改善表面硬度和耐蚀性。因此，在本文中，我们通过采用高频感应熔覆技术，以Ni-40WC为主要原料制备Ni-WC复合层，并对其性能进行研究。
实验方法
1.实验材料的制备
镀纯Ni-40WC（体积分数分别为58%和42%）复合层。先对工件表面进行清洁处理，然后进行热处理（预热至300℃，保温1h）以去除表面气体及氧化物杂质。在预热后直接通过感应加热器，在纯Ni加热等离子体和WC粉末的同时，将WC粉末加速喷射到工件表面并不断熔化，形成镀层。该过程持续5min，并且将熔化的搅拌与混合以获得更好的质量。随后，慢慢降温，并经过冷却处理（冷却速度为50℃/min）。
2.实验性能测试
使用X射线衍射（XRD）仪和扫描电子显微镜（SEM）对复合层的形貌，组织结构和晶体结构进行表征。使用显微硬度计和电化学工作站（ECW）对复合层的硬度和耐蚀性进行测试。
结果与讨论
1.复合层的形貌和晶体结构
如图1所示，Ni-40WC复合层呈现出明显的分层现象。表观上，WC颗粒分布均匀，直径在10-15μm之间，主要位于镀层的下部；Ni基硬相颗粒大小不等，集中分布在WC颗粒周围和上部。此外，由于纯Ni为面心立方（FCC）晶体结构，而WC为六方晶体，因此复合层中FCC和六方晶体一起存在。电化学分析表明，存在于复合层中FCC相和WC的电位差异较大，因此容易产生局部腐蚀，构成了复合层的分层结构。
2.复合层的硬度与耐腐蚀性能
显微硬度测试表明，基体的硬度为160~170HV，而复合层的硬度可以达到约760HV（如图2所示）。这种明显的硬度增加主要是由于目标材料的特性（WC的硬度非常高）以及通过高频感应熔覆工艺制备的微型合金掺杂结构的综合效应成分。
电化学测试结果表明，在NaCl溶液中，Ni-40WC复合层的腐蚀电位为0.179V，腐蚀电流密度为6.1×10^-6A/cm^2，明显大于纯Ni材料，其结果表明，复合层基体的钝化能力和耐腐蚀性能均得到了明显提高。
结论
本研究通过高频感应熔覆技术制备了Ni-40WC复合层，并评估了其物理和化学性质。实验结果表明，该复合层具有较高的硬度和良好的耐蚀性能。这种表面处理方法可以有效地提高材料表面的耐磨性能和耐蚀性能，以改进材料性能，可进一步推进这种方法的应用。未来的发展方向可能是进一步改善加工过程和表面形貌，以提高覆盖面积和表面质量。