第4期 陈华辉等：激光熔覆WCN60B复合涂层在水润滑滑动摩擦环境下的磨损特性 ·483· 激光熔覆（亦称激光堆焊）是指以不同的添加 表1预制涂层成分（质量分数） 方法在被熔覆的基体上放置选择的涂层材料，经高 Table 1 Components of the preformed coatings % 能密度激光束辐照加热，使之和基体表面熔化，并快 涂层 S7412 YF112 Ni60B 速凝固，从而在基材表面形成与基体为治金结合的 Ni60B 0 0 100 表面涂层的工艺过程.目前，激光熔覆材料最常 WCm 0 30 70 用的是Ni基P-、Co基5-和Fe基s)自熔合金粉 WCmn 公 15 言 WCn 30 0 70 末.镍基自熔合金(self fusion alloy,SFA)涂层由于 具有良好的耐磨性和耐蚀性，己广泛用于许多工业 熔覆涂层显微硬度测试采用HV1000型显微硬 领域.但是，在许多工况环境下，镍基自熔合金涂层 度计，载荷为4.9N,载荷保持时间20s.Ni60B、 还不能完全满足其对耐磨性的要求.通过加入WC WCm、WCn和WCmn涂层的HV硬度平均值分别为 硬质相增强镍基合金，可以赋予复合涂层以更好的 808、1003、1024和1011.对磨磨轮为烧结20%C0- 耐磨性0)，同时镍基合金基体又可以保证复合涂 WC,磨轮尺寸为47mm×10mm,平均硬度 层相对较好的韧性.WC增强Ni基合金激光熔覆材 HV1126.激光熔覆涂层的水润滑滑动磨损试验在 料在干滑动摩擦条件下磨损情况的研究已有较多报 Amsler2O0磨损试验机进行.试验过程中涂层试样 道2一8，但在水润滑条件下的磨损研究却并不多 固定，磨轮以0.5m"s1的线速度转动，同时磨轮在 见.笔者通过制备微米和纳米WC增强Ni基合金 偏心轮作用下水平摆动，每转使磨轮水平往返10 激光熔覆涂层，进行水润滑滑动磨损试验，分析不同 mm.水润滑磨损示意图如图1所示.磨轮在水中半 WC颗粒粒度对涂层磨损性能的影响，同时分析涂 浸泡并且以10~15mL·s的速度滴加水流量以进 层的磨损规律及磨损机理，以及磨损过程中涂层组 行冷却.磨损施加载荷和滑动距离见表2.磨损试 织的变化 验前后采用万分之一天平对试样进行称重，利用失 1 试验材料及试验方法 重法评价涂层的耐磨性 1.1试验材料 本试验中采用的基体材料为45钢，试样尺寸为 滴管 15mm×12mm×10mm,熔覆基面尺寸为15mm×12 激光熔 磨损试样 mm.采用的增强相粉末分别为：Inframat公司生产 覆涂层 的牌号为S7412的团聚纳米晶12%Co-WC粉末 冷却水 磨轮旋转 (简称WCn),WC粒度为50~500nm,团聚粉末粒 5 度为5~45μm;自贡硬质合金厂产Y℉112牌号的团 水平面 聚微米晶12%Co-WC粉末（简称WCm),WC粒度 为3~5μm,团聚粉末粒度15~45um;金属合金粉 图1水润滑磨损试验示意图 末选择Ni60B,粉末粒度为300~500um,其化学成 Fig.1 Diagrammatic sketch of wear test under water lubrication 分（质量分数，%)为：17Cr,3.5B,4.0Si,1.0C, 表2激光熔覆涂层水润滑磨损试验方案 12Fe,62.5Ni Table 2 Sliding wear test scheme of laser cladding coatings under water 1.2试验方法 lubrication 45钢基体在涂覆前经喷砂及丙酮去油污处理. 磨损距离/m 采用乙醇、水和醋酸纤维体积比例为3：2：1的配比 涂层 载荷N 1 2 3 4 经搅拌混合后制成胶粘剂.按照表1所示配制四组 Ni60B 600 2000 预制涂层粉末试样.然后将胶粘剂分别加入到四组 WCm 500 2000 4000 6000 8000 粉末试样中搅拌均匀，涂抹在45钢基体表面，涂层 WCm 600 2000 WCmn 600 2000 厚度1.1~1.2mm.涂层在空气中干燥后，在TJ- WCn 500 2000 4000 6000 8000 5000C0,激光器上进行激光熔覆.激光熔覆工艺参 WCn 600 2000 数为：激光功率1.6kW,激光光斑直径4mm,扫描速 度240mm·min-1,激光搭接1mm.为防止熔覆中氧 采用Cambridge S-360、MX2600FE以及JSM- 化，熔覆过程中采用氩气保护. 6480LV对激光熔覆层显微组织、磨损形貌及磨损表第 4 期 陈华辉等: 激光熔覆 WC/Ni60B 复合涂层在水润滑滑动摩擦环境下的磨损特性 激光熔覆( 亦称激光堆焊) 是指以不同的添加 方法在被熔覆的基体上放置选择的涂层材料，经高 能密度激光束辐照加热，使之和基体表面熔化，并快 速凝固，从而在基材表面形成与基体为冶金结合的 表面涂层的工艺过程［1］． 目前，激光熔覆材料最常 用的是 Ni 基［2--4］、Co 基［5--7］和 Fe 基［8--9］自熔合金粉 末． 镍基自熔合金( self fusion alloy，SFA) 涂层由于 具有良好的耐磨性和耐蚀性，已广泛用于许多工业 领域． 但是，在许多工况环境下，镍基自熔合金涂层 还不能完全满足其对耐磨性的要求． 通过加入 WC 硬质相增强镍基合金，可以赋予复合涂层以更好的 耐磨性［10--11］，同时镍基合金基体又可以保证复合涂 层相对较好的韧性． WC 增强 Ni 基合金激光熔覆材 料在干滑动摩擦条件下磨损情况的研究已有较多报 道［12--18］，但在水润滑条件下的磨损研究却并不多 见． 笔者通过制备微米和纳米 WC 增强 Ni 基合金 激光熔覆涂层，进行水润滑滑动磨损试验，分析不同 WC 颗粒粒度对涂层磨损性能的影响，同时分析涂 层的磨损规律及磨损机理，以及磨损过程中涂层组 织的变化． 1 试验材料及试验方法 1. 1 试验材料 本试验中采用的基体材料为 45 钢，试样尺寸为 15 mm × 12 mm × 10 mm，熔覆基面尺寸为 15 mm × 12 mm． 采用的增强相粉末分别为: Inframat 公司生产 的牌号为 S7412 的团聚纳米晶 12% Co--WC 粉 末 ( 简称 WCn) ，WC 粒度为 50 ～ 500 nm，团聚粉末粒 度为 5 ～ 45 μm; 自贡硬质合金厂产 YF112 牌号的团 聚微米晶 12% Co--WC 粉末( 简称 WCm) ，WC 粒度 为 3 ～ 5 μm，团聚粉末粒度 15 ～ 45 μm; 金属合金粉 末选择 Ni60B，粉末粒度为 300 ～ 500 μm，其化学成 分 ( 质 量 分 数，% ) 为: 17Cr，3. 5B，4. 0Si，1. 0C， 12Fe，62. 5Ni． 1. 2 试验方法 45 钢基体在涂覆前经喷砂及丙酮去油污处理． 采用乙醇、水和醋酸纤维体积比例为 3∶ 2∶ 1的配比 经搅拌混合后制成胶粘剂． 按照表 1 所示配制四组 预制涂层粉末试样． 然后将胶粘剂分别加入到四组 粉末试样中搅拌均匀，涂抹在 45 钢基体表面，涂层 厚度 1. 1 ～ 1. 2 mm． 涂层在空气中干燥后，在 TJ-- 5000 CO2激光器上进行激光熔覆． 激光熔覆工艺参 数为: 激光功率 1. 6 kW，激光光斑直径 4 mm，扫描速 度 240 mm·min － 1 ，激光搭接 1 mm． 为防止熔覆中氧 化，熔覆过程中采用氩气保护． 表 1 预制涂层成分( 质量分数) Table 1 Components of the preformed coatings % 涂层 S7412 YF112 Ni60B Ni60B WCm WCmn WCn 0 0 15 30 0 30 15 0 100 70 70 70 熔覆涂层显微硬度测试采用 HV1000 型显微硬 度计，载 荷 为 4. 9 N，载 荷 保 持 时 间 20 s． Ni60B、 WCm、WCn 和 WCmn 涂层的 HV 硬度平均值分别为 808、1003、1024 和 1011． 对磨磨轮为烧结 20% Co-- WC，磨 轮 尺 寸 为 47 mm × 10 mm，平 均 硬 度 HV1126． 激光熔覆涂层的水润滑滑动磨损试验在 Amsler200 磨损试验机进行． 试验过程中涂层试样 固定，磨轮以 0. 5 m·s － 1 的线速度转动，同时磨轮在 偏心轮作用下水平摆动，每转使磨轮水平往返 10 mm． 水润滑磨损示意图如图 1 所示． 磨轮在水中半 浸泡并且以 10 ～ 15 mL·s － 1 的速度滴加水流量以进 行冷却． 磨损施加载荷和滑动距离见表 2． 磨损试 验前后采用万分之一天平对试样进行称重，利用失 重法评价涂层的耐磨性． 图 1 水润滑磨损试验示意图 Fig． 1 Diagrammatic sketch of wear test under water lubrication 表 2 激光熔覆涂层水润滑磨损试验方案 Table 2 Sliding wear test scheme of laser cladding coatings under water lubrication 涂层 载荷/N 磨损距离/m 1 2 3 4 Ni60B WCm WCm WCmn WCn WCn 600 500 600 600 500 600 2000 2000 2000 2000 2000 2000 — 4000 — — 4000 — — 6000 — — 6000 — — 8000 — — 8000 — 采用 Cambridge S--360、MX2600FE 以及 JSM-- 6480LV 对激光熔覆层显微组织、磨损形貌及磨损表 ·483·