,1000 北京科技大学学报 第29卷 选用黄河砂作为实验砂，粒度范围约为0.05~0.1 量，以确定试样的质量损失 mm,砂浆含砂量为15kgm-3.磨蚀腔内压力为 0.2MPa.实验机转盘转速为3000rmin(线速度 2实验结果及讨论 46ms),实验时砂浆料由砂浆泵从砂浆池抽出送 2.1等离子熔覆层物相分析 入封闭的磨损腔体内.使用的对比材料1Crl8Ni9Ti 图2(a)是Ni46粉末的X射线衍射谱，图2(b) 和0Crl3Ni5Mo,其中后者为目前水轮机叶片推荐 给出了等离子熔覆层的X射线衍射谱.由于等离子 材料，实验前，将所有试样研磨和抛光，再用丙酮清 熔覆及随后的快速冷却导致涂层晶格畸变，因此要 洗并干燥，然后用感量为0.1mg的分析天平称重. 准确标定熔覆层物相比较困难，通过仔细分析比较 在实验中，每隔一定时间，超声清洗试样并称其质 并参考PDF卡，结果表明：熔覆层主要物相是由面 砂浆流动方向 心立方的Y-Ni、MsC6(M=Ni,Cr,Fe)型碳化物 和CB等硼化物构成，将等离子熔覆层与N46粉 砂浆泵 末的X射线衍射图谱相对比可以看出：N基熔覆涂 层与N46粉末衍射峰的位置大致相同，但在熔覆涂 层中出现更稳定的M23C6型碳化物以及CB峰等， 砂浆池 同时原有衍射峰的强度也增加了很多，说明在熔覆 转轴 过程中析出了不少碳化物及硼化物，Ni合金熔覆 3000r,min' 层中的M23C6型碳化物与硼化物CB的大量沉淀 图1旋转圆盘设备图 析出，将会提高Nⅱ合金熔覆层的显微硬度.熔覆层 Fig-1 Drawing of erosion wear equipment 组织为YNi组织十弥散碳、硼化物颗粒. 16000r 8000(a Y-Ni (b) Vy-Ni 8 △FeCrozNio6Caw ◇MnCb 12000- 6000 ▲FezB. ■CB 8000- 4000 ■ 2000- 4000- 人 20 40 60 80 100 120 20 40 60 80 100 120 20(e) 20() 图2镍基粉末及涂层X衍射图·()镍基合金粉末；(b)熔覆后合金层 Fig-2 RD patterns of Ni based powder and coating:(a)Ni-based powder;(b)Ni-based coating 2.2等离子熔覆层组织形貌与显微硬度 布基本均匀，界面处元素的梯度扩散有利于提高涂层 图3(a)为熔覆涂层与基体结合区横断面的形 与基体的结合强度，涂层与基体实现了冶金结合， 貌图，从图中可以看出，基体表面、熔合区、涂层三 在靠近熔合线的熔池底部，界面处的熔覆层组 者之间的晶界是连续的，说明涂层与基体的结合为 织并没有出现方向性极强的胞状晶、树枝晶，而是出 冶金结合，这种结合具有较高的结合强度及强韧性， 现了组织杂乱、形状各异（块状、条状、针状、羽毛状、 在等离子熔覆的过程中，等离子束流温度高达 菊花状等)的硼，以及碳化物共晶组织，在熔覆层近 10000℃以上，可以使不锈钢基体表面形成微熔池， 表面处，晶粒为更加细小的枝晶，这说明熔覆层的 同时粉末经过等离子束流的加热变为小液滴，进入 组织形貌与工艺参数有关之外还与熔覆层材料的化 熔池后混熔，从而形成冶金结合的熔覆层，熔覆层 学成分密切相关， 中溶质分布如图3(b)所示.熔覆层中Ni,Si、Fe、Cr 等离子熔覆由于加热和冷却速度极快，在熔覆 元素分布基本均匀，已在界面处产生扩散，尤其Ni、 层和基材界面处的温度梯度最大，但此时熔池中的 Mo、Fe元素出现界面“梯度扩散层”，有利于熔覆层 结晶速度最小，由于等离子焰流与冷却气体等在熔 与界面的结合，以上分析表明：熔覆层与基体的结 池内部形成的强制对流，因此涂层与基体结合处也 合界面良好，增加了结合强度；同时，熔覆层内溶质分 没有出现类似激光熔覆那样的白亮层，随着液固界选用黄河砂作为实验砂‚粒度范围约为0∙05～0∙1 mm‚砂浆含砂量为15kg·m —3．磨蚀腔内压力为 0∙2MPa．实验机转盘转速为3000r·min —1（线速度 46m·s —1）‚实验时砂浆料由砂浆泵从砂浆池抽出送 入封闭的磨损腔体内．使用的对比材料1Cr18Ni9Ti 和0Cr13Ni5Mo‚其中后者为目前水轮机叶片推荐 材料．实验前‚将所有试样研磨和抛光‚再用丙酮清 洗并干燥‚然后用感量为0∙1mg 的分析天平称重． 在实验中‚每隔一定时间‚超声清洗试样并称其质 图1 旋转圆盘设备图 Fig．1 Drawing of erosion wear equipment 量‚以确定试样的质量损失． 2 实验结果及讨论 2∙1 等离子熔覆层物相分析 图2（a）是 Ni46粉末的 X 射线衍射谱‚图2（b） 给出了等离子熔覆层的 X 射线衍射谱．由于等离子 熔覆及随后的快速冷却导致涂层晶格畸变‚因此要 准确标定熔覆层物相比较困难．通过仔细分析比较 并参考 PDF 卡‚结果表明：熔覆层主要物相是由面 心立方的γ—Ni、M23C6（M Ni‚Cr‚Fe）型碳化物 和 CrB 等硼化物构成．将等离子熔覆层与 Ni46粉 末的 X 射线衍射图谱相对比可以看出：Ni 基熔覆涂 层与 Ni46粉末衍射峰的位置大致相同‚但在熔覆涂 层中出现更稳定的 M23C6 型碳化物以及 CrB 峰等‚ 同时原有衍射峰的强度也增加了很多‚说明在熔覆 过程中析出了不少碳化物及硼化物．Ni 合金熔覆 层中的 M23C6 型碳化物与硼化物 CrB 的大量沉淀 析出‚将会提高 Ni 合金熔覆层的显微硬度．熔覆层 组织为γ—Ni 组织＋弥散碳、硼化物颗粒． 图2 镍基粉末及涂层 X 衍射图．（a）镍基合金粉末；（b）熔覆后合金层 Fig．2 RD patterns of Ni based powder and coating： （a） N-i based powder；（b） N-i based coating 2∙2 等离子熔覆层组织形貌与显微硬度 图3（a）为熔覆涂层与基体结合区横断面的形 貌图．从图中可以看出‚基体表面、熔合区、涂层三 者之间的晶界是连续的‚说明涂层与基体的结合为 冶金结合‚这种结合具有较高的结合强度及强韧性． 在等离子熔覆的过程中‚等离子束流温度高达 10000℃以上‚可以使不锈钢基体表面形成微熔池‚ 同时粉末经过等离子束流的加热变为小液滴‚进入 熔池后混熔‚从而形成冶金结合的熔覆层．熔覆层 中溶质分布如图3（b）所示．熔覆层中 Ni、Si、Fe、Cr 元素分布基本均匀‚已在界面处产生扩散‚尤其 Ni、 Mo、Fe 元素出现界面“梯度扩散层”‚有利于熔覆层 与界面的结合．以上分析表明：熔覆层与基体的结 合界面良好‚增加了结合强度；同时‚熔覆层内溶质分 布基本均匀‚界面处元素的梯度扩散有利于提高涂层 与基体的结合强度‚涂层与基体实现了冶金结合． 在靠近熔合线的熔池底部‚界面处的熔覆层组 织并没有出现方向性极强的胞状晶、树枝晶‚而是出 现了组织杂乱、形状各异（块状、条状、针状、羽毛状、 菊花状等）的硼‚以及碳化物共晶组织．在熔覆层近 表面处‚晶粒为更加细小的枝晶．这说明熔覆层的 组织形貌与工艺参数有关之外还与熔覆层材料的化 学成分密切相关． 等离子熔覆由于加热和冷却速度极快‚在熔覆 层和基材界面处的温度梯度最大‚但此时熔池中的 结晶速度最小．由于等离子焰流与冷却气体等在熔 池内部形成的强制对流‚因此涂层与基体结合处也 没有出现类似激光熔覆那样的白亮层．随着液固界 ·1000· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷