添加元素Cu、Mo对镍基合金喷焊层组织和性能的影响

D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.10.015 第30卷第10期 北京科技大学学报 Vol.30 No.10 2008年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0t.2008 添加元素Cu、Mo对镍基合金喷焊层组织和性能的 影响 王 戬) 田文怀刘小萍2) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)太原理工大学表面工程研究所，太原030024 摘要选择两种(N一A、NiB)成分不同的Ni基合金粉末，在STBA22钢基体上用火焰喷焊技术制备两种喷焊层.XRD和 SEM背散射电子实验结果表明，喷焊层内的基体都是Ni和Ni3Fe相，其中Ni一A的基体中含有少量Cu在Ni一A、NiB的喷 焊层内分布有大量富Cr硬质第二相，在Ni一A的喷焊层中，该相有两种形态，且含有较多Mo元素，在NB的喷焊层中，第 二相分布均匀，且无Mo元素.高温硬度实验表明，由于喷焊层中形成了富Cr硬质第二相，Ni一A、NB喷焊层的硬度较高，而 由于N一A第二相中含有较多Mo元素，Ni一A的高温硬度比NiB高，两种喷焊层的高温硬度均比基材常温时高70%以上· 关键词镍基自熔性合金；喷焊层：物相；显微组织；高温硬度 分类号TG174.4 Effect of Cu and Mo on the microstructure and properties of Ni-based alloy spray welding coatings WANG Jian),TIAN Wenhuai).LIU Xiaoping2) 1)School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China 2)Research Institute of Surface Engineering Taiyuan University of Technology.Taiyuan 030024.China ABSTRACT Two spray coatings were prepared by thermal spray weld with two kinds of Ni-based alloy powders.named as Ni-A and Ni-B.XRD and SEM results show that the substrates of Ni-A and Ni-B spray coatings are both Ni and FeNi3,while there is few Cu in Ni-A substrate.Both in Ni-A and Ni-B coatings there are lots of secondary phases with a great proportion of Cr.Secondary phases in Ni-A have two appearances and there is about 20%Mo in them,but secondary phases in Ni-B contain no Mo.The results of high- temperature hardness test make it clear that the hardnesses of Ni-A and Ni-B are high and descend with increasing temperature.The hardness of Ni-A is higher than the relevant hardness of Ni-B because there is about 20%Mo in the secondary phases of Ni-A. KEY WORDS Ni-based self-fluxed alloy:spray welding coating:phase:microstructure:high temperature hardness 镍基合金粉末熔点低，自熔成渣性能良好，固液 焊层能否保护基体材料、延长其使用寿命，因此这些 相线温度范围宽，对多种坯料基体润湿能力强，制得 基本问题在喷焊领域受到了广泛的关注，本研究的 的喷焊层韧性好，喷焊工艺性良好，价格适中，并且 目的是通过在镍基合金粉末中添加不同元素C、 它的喷焊层具有优异的耐腐蚀性、耐磨性和良好的 Mo,弄清这些元素对形成的喷焊层和结合层的组织 耐热性，是应用最广的一类自熔性合金]，添加 与性能的影响，从而为指导工艺生产提供实验依据， 元素对喷焊层以及结合层的化学成分分布]，物 相组织与微观结构]有着重要的影响，同时决定 1实验方法 喷焊层的质量和喷焊层与基体的结合强度，喷焊层 本研究选用两种镍基合金粉末在STBA22钢 的质量与结合强度决定着在机械部件服役时喷 材表面制备火焰喷焊层，两种样品分别记为N一A、 收稿日期：2007-10-31修回日期：2007-12-05 基金项目：国家自然科学基金资助项目(Na.50671012) 作者简介：王戬(1975-），男，博士研究生；田文怀(l959-),男，教授，博士生导师，E-mail:wenhuaitian@hotmail.com

添加元素 Cu、Mo 对镍基合金喷焊层组织和性能的 影响 王 戬1） 田文怀1） 刘小萍1‚2） 1） 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京100083 2） 太原理工大学表面工程研究所‚太原030024 摘 要 选择两种（Ni－A、Ni－B）成分不同的 Ni 基合金粉末‚在 STB A22钢基体上用火焰喷焊技术制备两种喷焊层．XRD 和 SEM 背散射电子实验结果表明‚喷焊层内的基体都是 Ni 和 Ni3Fe 相‚其中 Ni－A 的基体中含有少量 Cu．在 Ni－A、Ni－B 的喷 焊层内分布有大量富 Cr 硬质第二相‚在 Ni－A 的喷焊层中‚该相有两种形态‚且含有较多 Mo 元素．在 Ni－B 的喷焊层中‚第 二相分布均匀‚且无 Mo 元素．高温硬度实验表明‚由于喷焊层中形成了富 Cr 硬质第二相‚Ni－A、Ni－B 喷焊层的硬度较高‚而 由于 Ni－A 第二相中含有较多 Mo 元素‚Ni－A 的高温硬度比 Ni－B 高‚两种喷焊层的高温硬度均比基材常温时高70％以上． 关键词 镍基自熔性合金；喷焊层；物相；显微组织；高温硬度 分类号 TG174∙4 Effect of Cu and Mo on the microstructure and properties of N-i based alloy spray welding coatings W A NG Jian 1）‚TIA N Wenhuai 1）‚LIU Xiaoping 1‚2） 1） School of Materials Science and Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China 2） Research Institute of Surface Engineering‚Taiyuan University of Technology‚Taiyuan030024‚China ABSTRACT T wo spray coatings were prepared by thermal spray weld with two kinds of N-i based alloy powders‚named as N-i A and N-i B．XRD and SEM results show that the substrates of N-i A and N-i B spray coatings are both Ni and FeNi3‚while there is few Cu in N-i A substrate．Both in N-i A and N-i B coatings there are lots of secondary phases with a great proportion of Cr．Secondary phases in N-i A have two appearances and there is about20％ Mo in them‚but secondary phases in N-i B contain no Mo．T he results of high￾temperature hardness test make it clear that the hardnesses of N-i A and N-i B are high and descend with increasing temperature．T he hardness of N-i A is higher than the relevant hardness of N-i B because there is about 20％ Mo in the secondary phases of N-i A． KEY WORDS N-i based self-fluxed alloy；spray welding coating；phase；microstructure；high temperature hardness 收稿日期：2007-10-31 修回日期：2007-12-05 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50671012） 作者简介：王 戬（1975－）‚男‚博士研究生；田文怀（1959－）‚男‚教授‚博士生导师‚E-mail：wenhuaitian＠hotmail．com 镍基合金粉末熔点低‚自熔成渣性能良好‚固液 相线温度范围宽‚对多种坯料基体润湿能力强‚制得 的喷焊层韧性好‚喷焊工艺性良好‚价格适中‚并且 它的喷焊层具有优异的耐腐蚀性、耐磨性和良好的 耐热性‚是应用最广的一类自熔性合金［1－4］．添加 元素对喷焊层以及结合层的化学成分分布［5－6］、物 相组织与微观结构［7－8］有着重要的影响‚同时决定 喷焊层的质量和喷焊层与基体的结合强度．喷焊层 的质量与结合强度［9］ 决定着在机械部件服役时喷 焊层能否保护基体材料、延长其使用寿命‚因此这些 基本问题在喷焊领域受到了广泛的关注．本研究的 目的是通过在镍基合金粉末中添加不同元素 Cu、 Mo‚弄清这些元素对形成的喷焊层和结合层的组织 与性能的影响‚从而为指导工艺生产提供实验依据． 1 实验方法 本研究选用两种镍基合金粉末在 STB A22钢 材表面制备火焰喷焊层‚两种样品分别记为 Ni－A、 第30卷 第10期 2008年 10月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．10 Oct．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．10．015

,1140 北京科技大学学报 第30卷 NiB,化学成分见表1，选取最常用的自熔性镍基 利用Rigaku D./MAX一RB型X射线衍射仪和 合金粉末NiB,是由于形成的喷焊层为高Ni、Cr合 JSM一840型扫描电镜及其附带的能量分散谱仪 金：Cu元素可以提高NiCr合金耐酸性气氛的腐 (EDS)进行相结构分析、组织形貌观察及微区成分 蚀性，而Mo元素可以提高这种合金的高温硬度，基 分析 于这一思想，选取Ni一A成分的自熔性镍基合金粉 末，与NiB作比较研究 2实验结果与讨论 表1两种喷焊材料的化学成分（质量分数） 2.1喷焊层的宏观形貌 Table I Chemical composition of the two kinds of spray welding 图l(a)、(b)分别为Ni一A与NiB样品喷焊层 materials % 表面的扫描电镜观察结果，从图中可知，Ni一A、 样品B C Si Cr Fe Ni Cu Mo NB喷焊层与基体结合良好，表面没有宏观裂纹、 N-A8.12.13.918.45.856.32.52.9 气孔，表面有熔池对流引起的波纹，夹杂有玻璃样的 NiB5.22.13.615.53.370.3- 小黑点（如图中箭头所指）·这些小黑点是合金粉末 被加热到熔点时，硅、硼扩散到颗粒的外表面，并与 利用QM型NIKON高温显微维氏硬度计测定 氧化物反应形成的硼一硅酸盐，在喷焊层从熔化到 喷焊层横截面的硬度(HV),载荷为2.94N,测定温 凝固过程中浮到表面形成的10 度范围在25~550℃，温度测定间隔为50℃. b 30 Hm 30 um 图1Ni一A(a)和NiB(b)的喷焊层表面扫描电镜照片 Fig.1 SEM photographs showing the surface morphologies of Ni-A (a)and Ni-B (b) 2.2喷焊层的物相组成 二是在喷焊过程中充当还原剂，脱氧造渣，形成的硼 图2(a)和(b)分别是Ni一A和NiB样品喷焊 硅酸盐主要分布在外表面，硼硅酸盐在喷焊层内部 层的XRD图谱.两种喷焊层均由富Ni相、硼化物、 残留很少，碳元素有还原作用，产生气体脱离喷焊 碳化物构成，还有少量的硅化物，硼和硅有两个作 层，同时形成碳化物对喷焊层形成弥散强化， 用：一是降低Ni、Cr的熔点，形成了金属间化合物； (a) (b) A Ni o NiB o CraC BCr ANi oNi,B oCrC。oCrB 30 50 70 90 110 30 50 70 90 20) 图2Ni一A(a)和NiB(b)喷焊层的XRD谱线 Fig.2 XRD patterns of Ni-A (a)and Ni-B (b)spray coatings 2.3喷焊层的微观组织形态 从表面由外到内分别为合成区(SZ)、结合区(BZ)、 图3为Ni一A、NiB喷焊层的背散射电子像 热影响区(HAZ)和基体(S),Ni一A、NiB喷焊层厚 (BSE)·一般的说，喷焊样品的表面由四部分组成， 度为300m左右（见图3(a)、(d)),结合区为100m

Ni－B‚化学成分见表1．选取最常用的自熔性镍基 合金粉末 Ni－B‚是由于形成的喷焊层为高 Ni、Cr 合 金；Cu 元素可以提高 Ni－Cr 合金耐酸性气氛的腐 蚀性‚而 Mo 元素可以提高这种合金的高温硬度‚基 于这一思想‚选取 Ni－A 成分的自熔性镍基合金粉 末‚与 Ni－B 作比较研究． 表1 两种喷焊材料的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of the two kinds of spray-welding materials ％ 样品 B C Si Cr Fe Ni Cu Mo Ni－A 8∙1 2∙1 3∙9 18∙4 5∙8 56∙3 2∙5 2∙9 Ni－B 5∙2 2∙1 3∙6 15∙5 3∙3 70∙3 － － 利用 QM 型 NIKON 高温显微维氏硬度计测定 喷焊层横截面的硬度（HV）‚载荷为2∙94N‚测定温 度范围在25～550℃‚温度测定间隔为50℃． 利用 Rigaku D／MAX－RB 型 X 射线衍射仪和 JSM－840型扫描电镜及其附带的能量分散谱仪 （EDS） 进行相结构分析、组织形貌观察及微区成分 分析． 2 实验结果与讨论 2∙1 喷焊层的宏观形貌 图1（a）、（b）分别为 Ni－A 与 Ni－B 样品喷焊层 表面的扫描电镜观察结果．从图中可知‚Ni－A、 Ni－B喷焊层与基体结合良好‚表面没有宏观裂纹、 气孔‚表面有熔池对流引起的波纹‚夹杂有玻璃样的 小黑点（如图中箭头所指）．这些小黑点是合金粉末 被加热到熔点时‚硅、硼扩散到颗粒的外表面‚并与 氧化物反应形成的硼－硅酸盐‚在喷焊层从熔化到 凝固过程中浮到表面形成的［10］． 图1 Ni－A（a）和 Ni－B（b）的喷焊层表面扫描电镜照片 Fig．1 SEM photographs showing the surface morphologies of Ni－A （a） and Ni－B （b） 2∙2 喷焊层的物相组成 图2（a）和（b）分别是 Ni－A 和 Ni－B 样品喷焊 层的 XRD 图谱．两种喷焊层均由富 Ni 相、硼化物、 碳化物构成‚还有少量的硅化物．硼和硅有两个作 用：一是降低 Ni、Cr 的熔点‚形成了金属间化合物； 二是在喷焊过程中充当还原剂‚脱氧造渣‚形成的硼 硅酸盐主要分布在外表面‚硼硅酸盐在喷焊层内部 残留很少．碳元素有还原作用‚产生气体脱离喷焊 层‚同时形成碳化物对喷焊层形成弥散强化． 图2 Ni－A（a）和 Ni－B（b）喷焊层的 XRD 谱线 Fig．2 XRD patterns of Ni－A （a） and Ni－B （b） spray coatings 2∙3 喷焊层的微观组织形态 图3为 Ni－A、Ni－B 喷焊层的背散射电子像 （BSE）．一般的说‚喷焊样品的表面由四部分组成‚ 从表面由外到内分别为合成区（SZ）、结合区（BZ）、 热影响区（HAZ）和基体（S）．Ni－A、Ni－B 喷焊层厚 度为300μm 左右（见图3（a）、（d））‚结合区为100μm ·1140· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷

第10期 王戬等：添加元素Cu、M对镍基合金喷焊层组织和性能的影响 ,1141 左右，从图3可以看出，组织中均有气孔，Ni一A样 无Mo外，其他与Ni一A近似，说明NiB的高温硬 品远少于NiB样品，此外，Ni一A、NiB喷焊层组 度将会比Ni一A差一些， 织较为致密，均无微观裂纹.由EDS分析结果及 图3(b)、(e)表明Ni一A、NiB的喷焊层中除了 图4和图5可知，图3(a)、(d)中喷焊层内分别标记 浅灰色基体和黑色针状相外还有分别标记为Js、 为Js、Cs的浅灰色的组织主要由元素Ni、Fe构成， Csv的深灰色的相存在.而且Ni一A中这一相体型 含少量Si、Cr,Ni一A的Js组织中还含有少量Cu:由 要远大于NiB中的，主要分布在喷焊层内靠近结 图6可知Ni一A的喷焊层中标记为JN的黑色针状 合层的100m范围内，NiB中深灰色相大小和形 第二相主要由Cr、Mo组成，喷焊层基体内的Ni和 状与黑色针状相相近，在整个喷焊层内均匀分布， Fe在其中有少量扩散，这种针状第二相对Ni一A的 由EDS分析可知其元素分布与黑色针状相近似，只 喷焊层将产生较大的强化作用，尤其是M0元素可 是Ni的含量略多于黑色针状相，所以反射电子能力 以提高该相的高温硬度，进而改善N一A喷焊层的 稍强于黑色针状相，颜色介于基体和黑色针状相之 高温硬度.而图7给出的NB的喷焊层的黑色针 间.根据顾德骥翻译的大量资料所述10]，针状相 状相Cw主要由Cr组成，其中Ni、Fe的扩散与Ni一A JN、Cx为碳化物，块状第二相JsN为硼化物，结合 中类似，此处Si也有少量扩散.NiB的第二相除 XRD与EDS分析可以判断，Js、Cs为Ni基固溶体 (a) (b) 100m 20m 20m (d) (e) 100um 20μm 20m 图3Ni一A、NiB的喷焊层SEM背散射电子图像.(a)Ni一A的低倍像：(b)Ni一A的结合层；(c)Ni一A涂层的中部（如黑框所示）；(d)Ni一 B的低倍像；(e)NB的结合层；()NB涂层的中部（如黑框所示） Fig.3 SEM micrographs of Ni-A and Ni-B spray coatings:(a)lower magnification,(b)bonding layer,and (c)middle layer of Ni-A sample: (d)lower magnification,(e)bonding layer.and (f)middle layer of Ni-B sample NiKal 600 元素 Si Cr Fe Ni Cu 质量分数/%4.663.9318.2968.894.23 400 NiLal FeKal 200 SiKal CuLal NiKbl CuLn CuKbl 5 10 Energy/keV 图4图3(a)所示灰色基体s的成分及能谱图 Fig.4 Components and EDS spectrum of Js phase as shown in Fig-3(a)

左右．从图3可以看出‚组织中均有气孔‚Ni－A 样 品远少于 Ni－B 样品．此外‚Ni－A、Ni－B 喷焊层组 织较为致密‚均无微观裂纹．由 EDS 分析结果及 图4和图5可知‚图3（a）、（d）中喷焊层内分别标记 为 JS、CS 的浅灰色的组织主要由元素 Ni、Fe 构成‚ 含少量 Si、Cr‚Ni－A 的 JS 组织中还含有少量 Cu．由 图6可知 Ni－A 的喷焊层中标记为 JN 的黑色针状 第二相主要由 Cr、Mo 组成‚喷焊层基体内的 Ni 和 Fe 在其中有少量扩散．这种针状第二相对 Ni－A 的 喷焊层将产生较大的强化作用‚尤其是 Mo 元素可 以提高该相的高温硬度‚进而改善 Ni－A 喷焊层的 高温硬度．而图7给出的 Ni－B 的喷焊层的黑色针 状相 CN 主要由 Cr 组成‚其中 Ni、Fe 的扩散与Ni－A 中类似‚此处 Si 也有少量扩散．Ni－B 的第二相除 无 Mo 外‚其他与 Ni－A 近似‚说明 Ni－B 的高温硬 度将会比 Ni－A 差一些． 图3（b）、（e）表明 Ni－A、Ni－B 的喷焊层中除了 浅灰色基体和黑色针状相外还有分别标记为 JSN、 CSN的深灰色的相存在．而且 Ni－A 中这一相体型 要远大于 Ni－B 中的‚主要分布在喷焊层内靠近结 合层的100μm 范围内．Ni－B 中深灰色相大小和形 状与黑色针状相相近‚在整个喷焊层内均匀分布． 由 EDS 分析可知其元素分布与黑色针状相近似‚只 是 Ni 的含量略多于黑色针状相‚所以反射电子能力 稍强于黑色针状相‚颜色介于基体和黑色针状相之 间．根据顾德骥翻译的大量资料所述［10］‚针状相 JN、CN 为碳化物‚块状第二相 JSN 为硼化物‚结合 XRD 与EDS 分析可以判断‚JS 、CS 为Ni基固溶体 图3 Ni－A、Ni－B 的喷焊层 SEM 背散射电子图像．（a） Ni－A 的低倍像；（b） Ni－A 的结合层；（c） Ni－A 涂层的中部（如黑框所示）；（d） Ni－ B 的低倍像；（e） Ni－B 的结合层；（f） Ni－B 涂层的中部（如黑框所示） Fig．3 SEM micrographs of N-i A and N-i B spray coatings：（a） lower magnification‚（b） bonding layer‚and （c） middle layer of N-i A sample； （d） lower magnification‚（e） bonding layer‚and （f） middle layer of N-i B sample 图4 图3（a）所示灰色基体 JS 的成分及能谱图 Fig．4 Components and EDS spectrum of JS phase as shown in Fig．3（a） 第10期 王 戬等： 添加元素 Cu、Mo 对镍基合金喷焊层组织和性能的影响 ·1141·

,1142 北京科技大学学报 第30卷 NiKal 元素 Cr Fe Ni 600 质量分数/%4.665.6011.0178.73 400 NiLal 200 FeKal SiKal NiKbl 5 10 Energy/keV 图5图3()所示灰色基体Cs的成分及能谱图 Fig.5 Components and EDS spectrum of Cs phase as shown in Fig-3(d) CrKal 800 元素 Cr Fe Ni Mo 质量分数%74.202.35 6.3117.13 600 400 MoLal 200 FeKal CrKbl NiKal CrLal FeKbl NiKbI 0 5 6 10 Energy/keV 图6图3(c)黑色针状第二级Jx的成分及能谱图 Fig.6 Components and EDS spectrum of Jx phase as shown in Fig.3(c) CrKal 1200 元素 Si Cr Fe Ni 质量分数%0.4992.311.465.74 1000 800 600 400 200 CrKbl CrLal oL人NiLal SiKal FeKal NiKal 小 NiKbl 2 3 5 7 8 9 10 Energy/keV 图7图3()黑色针状第二相C、的成分及能谱图 Fig.7 Components and EDS spectrum of Cx phase as shown in Fig-3(f)

图5 图3（d）所示灰色基体 CS 的成分及能谱图 Fig．5 Components and EDS spectrum of CS phase as shown in Fig．3（d） 图6 图3（c）黑色针状第二级 JN 的成分及能谱图 Fig．6 Components and EDS spectrum of JN phase as shown in Fig．3（c） 图7 图3（f）黑色针状第二相 CN 的成分及能谱图 Fig．7 Components and EDS spectrum of CN phase as shown in Fig．3（f） ·1142· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷

第10期 王戬等：添加元素Cu、M对镍基合金喷焊层组织和性能的影响 .1143 相，这一判断需要进一步工作证实， (4)在Ni一A的基体中有适量的Cu元素，可以 2.4喷焊层的高温硬度 推断它具有比NiB更好的抗硫酸腐蚀的性能， Ni一A、NiB喷焊层的高温硬度由图8所示， 由图可见，Ni一A、NiB样品随温度升高硬度值下 参考文献 降，超过500℃时NiB的硬度下降更加迅速，这是 [1]Xu X J.Wang H Y,Chen K M,et al.Microstructure and prop- 由于Ni一A中有含Mo的强化相，高温硬度优于 erties of flames spray-welding Ni-based wear resistance coating on titanium alloys substrate.Trans Chin Soc Agric Mach.2006.37 NiB.Ni一A、NiB的喷焊层中都含有分布比较均 (5):153 匀的硬质第二相，是造成它们高温硬度较高的主要 (许晓静，王宏宇，陈康敏，等.钛合金表面火焰喷焊镍基耐磨 原因 涂层的组织和性能.农业机械学报，2006,37(5)：153) 700r [2]Junji M,Nobuyuki A,Fumiaki K,et al.Formation of a Cr3C2/ 650 Ni Cr alloy layer by an electron beam cladding method and evalu- 600 ation of the layer properties.Vacuum.2001(62):203 550 [3]Hamatani H.Ichiyama Y,Kobayashi J.Mechanical and thermal 500 -Ni-A properties of HVOF sprayed Ni based alloys with carbide.Sci 450 。-Ni-B Technol Adv Mater.2002(3):319 400 [4]Gi L.Staia M H.Influence of HVOF parameters on the corrosion 350 resistance of NiWCrBSi coatings.Thin Solid Films.2002.420/ 0100 200300400500600 421:446 温度/℃ [5]Jyrki S.Jari T.Petri V.Laser assisted spraying and laser treat- ment of thermally sprayed coatings.Surf Coat Technol,2006. 图8Ni一A、NB硬度随温度变化曲线 201.1981 Fig.8 Curves of hardness to temperature for Ni-A and Ni B spray [6]Liu Y F,Xia Z Y,Han J M.et al.Microstructure and wear be- coatings havior of (Cr,Fe)C3 reinforced composite coating produced by plasma transferred arc weld-surfacing process.Surf Coat Tech- 3结论 mol,2006,201.63 [7]Di P,Gu WS.Zhu S C.et al.Characterization and wear behav- (1)采用火焰喷焊技术在STBA22钢基体上 ior of the electrospark alloying coatings.Heat Treat Met,2006. 制备的两种Ni基合金喷焊层的厚度为300m左 31(1):30 右，结合层厚度为100m左右： (狄平，顾伟生，朱世根，等。电火花涂层的特性和耐磨性研究 (2)Ni一A的喷焊层组织分为两层，内层第二相 金属热处理，2006,31(1)：30) 与喷焊层基体的扩散大于外层，尺寸是外层的10余 [8]Han G Q.Zhou P,Hu X L.et al.Study on nickel matrix alloy coating fabricated by rapid induction heating.Lubr Eng,2006 倍.由于含Mo的富Cr第二相有较大的强化作用， (1):75 Ni一A的内层的韧性将优于外层，介于基体与外喷 (韩桂泉，周品，胡喜兰，等，感应熔覆镍基合金粉末涂层研 焊层之间.Ni一A的外层与NiB的喷焊层均匀分 究.润滑与密封，2006(1)：75) 布有针状硬质第二相，提高了喷焊层的高温硬度，可 [9]Ren F Z.Zheng MS,Liu P,et al.Current status of blister tests 以起到在高温环境下更好地保护基体的作用，Mo for adhesion of thin films to substrate.Chin J Mater Res.2006, 20(4):346 元素有助于提高Ni-Cr B Si系合金的高温硬度， (任风章，郑茂盛，刘平，等，鼓膜实验法测试薄膜基体界面结合 (③)常温下Ni一A、NiB的喷焊层硬度分别为 强度的进展.材料科学学报，2006,20(4)：346) HV689、HV674,在同类材料中属于较高的，随着 [10]Gu D J.Overseas Surface Spray Welding Technique Using 温度的升高，两种喷焊层依然具有较高的硬度值，说 Self fluxing Alloy.Shanghai:Shanghai Science and Technolo- 明在高温环境下(550℃以内)Ni一A、NiB样品具 gy Literature Press,1980 (顾德骠·国外自熔合金表面喷焊技术，上海：上海科学技术文 有令人满意的耐磨性能 献出版社，1980)

相‚这一判断需要进一步工作证实． 2∙4 喷焊层的高温硬度 Ni－A、Ni－B 喷焊层的高温硬度由图8所示． 由图可见‚Ni－A、Ni－B 样品随温度升高硬度值下 降‚超过500℃时 Ni－B 的硬度下降更加迅速‚这是 由于 Ni－A 中有含 Mo 的强化相‚高温硬度优于 Ni－B．Ni－A、Ni－B 的喷焊层中都含有分布比较均 匀的硬质第二相‚是造成它们高温硬度较高的主要 原因． 图8 Ni－A、Ni－B 硬度随温度变化曲线 Fig．8 Curves of hardness to temperature for Ni－A and Ni－B spray coatings 3 结论 （1） 采用火焰喷焊技术在 STB A22钢基体上 制备的两种 Ni 基合金喷焊层的厚度为300μm 左 右‚结合层厚度为100μm 左右． （2） Ni－A 的喷焊层组织分为两层‚内层第二相 与喷焊层基体的扩散大于外层‚尺寸是外层的10余 倍．由于含 Mo 的富 Cr 第二相有较大的强化作用‚ Ni－A 的内层的韧性将优于外层‚介于基体与外喷 焊层之间．Ni－A 的外层与 Ni－B 的喷焊层均匀分 布有针状硬质第二相‚提高了喷焊层的高温硬度‚可 以起到在高温环境下更好地保护基体的作用．Mo 元素有助于提高 Ni－Cr－B－Si 系合金的高温硬度． （3） 常温下 Ni－A、Ni－B 的喷焊层硬度分别为 HV 689、HV 674‚在同类材料中属于较高的．随着 温度的升高‚两种喷焊层依然具有较高的硬度值‚说 明在高温环境下（550℃以内）Ni－A、Ni－B 样品具 有令人满意的耐磨性能． （4） 在 Ni－A 的基体中有适量的 Cu 元素‚可以 推断它具有比 Ni－B 更好的抗硫酸腐蚀的性能． 参 考 文 献 ［1］ Xu X J‚Wang H Y‚Chen K M‚et al．Microstructure and prop￾erties of flames spray-welding N-i based wear resistance coating on titanium alloys substrate．T rans Chin Soc Agric Mach‚2006‚37 （5）：153 （许晓静‚王宏宇‚陈康敏‚等．钛合金表面火焰喷焊镍基耐磨 涂层的组织和性能．农业机械学报‚2006‚37（5）：153） ［2］ Junji M‚Nobuyuki A‚Fumiaki K‚et al．Formation of a Cr3C2／ Ni－Cr alloy layer by an electron beam cladding method and evalu￾ation of the layer properties．V acuum‚2001（62）：203 ［3］ Hamatani H‚Ichiyama Y‚Kobayashi J．Mechanical and thermal properties of HVOF sprayed Ni based alloys with carbide．Sci Technol A dv Mater‚2002（3）：319 ［4］ Gi L‚Staia M H．Influence of HVOF parameters on the corrosion resistance of NiWCrBSi coatings．Thin Solid Films‚2002‚420／ 421：446 ［5］ Jyrki S‚Jari T‚Petri V．Laser-assisted spraying and laser treat￾ment of thermally sprayed coatings．Surf Coat Technol‚2006‚ 201：1981 ［6］ Liu Y F‚Xia Z Y‚Han J M‚et al．Microstructure and wear be￾havior of （Cr‚Fe）7C3 reinforced composite coating produced by plasma transferred arc weld-surfacing process．Surf Coat Tech￾nol‚2006‚201：63 ［7］ Di P‚Gu W S‚Zhu S G‚et al．Characterization and wear behav￾ior of the electrospark alloying coatings．Heat T reat Met‚2006‚ 31（1）：30 （狄平‚顾伟生‚朱世根‚等．电火花涂层的特性和耐磨性研究． 金属热处理‚2006‚31（1）：30） ［8］ Han G Q‚Zhou P‚Hu X L‚et al．Study on nicke-l matrix alloy coating fabricated by rapid induction heating．L ubr Eng‚2006 （1）：75 （韩桂泉‚周品‚胡喜兰‚等．感应熔覆镍基合金粉末涂层研 究．润滑与密封‚2006（1）：75） ［9］ Ren F Z‚Zheng M S‚Liu P‚et al．Current status of blister tests for adhesion of thin films to substrate．Chin J Mater Res‚2006‚ 20（4）：346 （任凤章‚郑茂盛‚刘平‚等．鼓膜实验法测试薄膜基体界面结合 强度的进展．材料科学学报‚2006‚20（4）：346） ［10］ Gu D J． Overseas Surf ace Sp ray Welding Technique Using Self-f luxing Alloy．Shanghai：Shanghai Science and Technolo￾gy Literature Press‚1980 （顾德骥．国外自熔合金表面喷焊技术．上海：上海科学技术文 献出版社‚1980） 第10期 王 戬等： 添加元素 Cu、Mo 对镍基合金喷焊层组织和性能的影响 ·1143·