。1154 北京科技大学学报 第31卷 用往复式多次沉积操作才能形成具有一定厚度的沉 面上存在大量的超细颗粒区域(ultra-fine grain 积层，多次热作用于沉积层就易产生热疲劳，达到一 aea),甚至达到纳米级范围.这些超细颗粒形成的 定程度后便产生裂纹.高温沉积时某些气体溶解于 主要原因如下：电火花沉积工艺的特点是快速加热 熔池金属中，当凝固和相变时，气体的溶解度突然下 后迅速冷却，生成的新相奥氏体化极不均匀、形核率 降、来不及逸出而留在沉积层，沉积时沉积层内的夹 提高导致组织细化：快速加热和快速冷却使位错和 杂物，沉积点与沉积点的衔接以及骤然的冷却，试样 空位增加，促使新相形核组织细化：沉积时电极与基 磨制时横截面上颗粒的脱落和沉积环境都可能导致 体不断地撞击，撞击中产生的弹性应变和温度等效 空洞的产生. 应变也引起了组织细化.实际上上述几种过程 图2(b)过渡层组织显示由柱状晶(columnar)和 都存在，因此必然是几种细化机理联合作用而导致 树枝状晶(dendritic)组成.由图2(b)和(d可知，截 组织细化. (b) ZONEⅢ NE 基体 10 um EHT+16CDW 四 DT.HCOW 有0.1小 (d) I um 1m 图2YC8沉积层截面SEM像.(a)电火花沉积层截面扫描照片：(b)Zone I的放大扫描照片；(c)ZoneⅡ的放大扫描照片：(d)ZomⅢ 的放大扫描照片 Fig.2 Cmoss section SEM images of the YG8 coating:(a)cross section;(b)Zone I (c)Zone II;(d)Zone Ill 由图2(a)和(c可以看出，浅灰色区域上弥散 是有些区域上分布着大量的极细小白色WC颗粒 分布着的白色颗粒和黑色颗粒.由A、B和C区域 由图2(b)可以看出，沉积层底部的靠近基体的 的能谱分析可以看到（图3），它们的主要成分都为 过渡层组织为柱状晶结构，在柱状晶结构区域与沉 W、Fe、Co和C元素，但是含量不一样：白色颗粒A 积层白色细小颗粒区之间的是树枝状晶区域.这主 的W含量最高，Fe含量最少：黑色颗粒B的Fe含 要是因为电火花沉积是一种快速加热、快速凝固的 量最高，C0含量最少：灰色C区域的C含量最高，Fe 过程，液态成分起伏较大，熔池中存在成分不均匀现 含量略低于B区域的，Co含量略低于A区域的，W 象，这种由于固液界面一定区域的成分起伏而造成 含量略高于B区域的.根据XRD分析可以判断，A 的过冷会使过渡层组织出现多样性.沉积层合金的 区域的化合物为WC,B区域的化合物为Fe7W6C, 结晶形态受熔池内液相成分和形状因子的影响刂， C区域可能包含Fe3W3C和Co3W3C.由此表明，电 形状因子是结晶方向上的温度梯度G与凝固速度 火花沉积层的外层是以Fe3W3C和Co3W3C为基 R之比G引R.由靠近基体的结合带向熔池内部，温 体，在Fe3W3C和CoW,C的基体上弥散分布着黑 度梯度G逐渐减小，产生小的成分过冷区，液固界 色的Fe7W6颗粒和白色的W2C颗粒图(2(c),特别 面上产生凸起，形成柱状晶（图2(b)柱状晶处用往复式多次沉积操作才能形成具有一定厚度的沉 积层, 多次热作用于沉积层就易产生热疲劳, 达到一 定程度后便产生裂纹 .高温沉积时某些气体溶解于 熔池金属中, 当凝固和相变时, 气体的溶解度突然下 降、来不及逸出而留在沉积层, 沉积时沉积层内的夹 杂物, 沉积点与沉积点的衔接以及骤然的冷却, 试样 磨制时横截面上颗粒的脱落和沉积环境都可能导致 空洞的产生. 图 2( b) 过渡层组织显示由柱状晶( columnar) 和 树枝状晶( dendritic) 组成.由图 2( b) 和( d) 可知, 截 面上 存在大量 的超细颗粒 区域 ( ultra-fine grain area) , 甚至达到纳米级范围 .这些超细颗粒形成的 主要原因如下 :电火花沉积工艺的特点是快速加热 后迅速冷却, 生成的新相奥氏体化极不均匀、形核率 提高导致组织细化;快速加热和快速冷却使位错和 空位增加, 促使新相形核组织细化;沉积时电极与基 体不断地撞击, 撞击中产生的弹性应变和温度等效 应变也引起了组织细化 [ 10] .实际上上述几种过程 都存在, 因此必然是几种细化机理联合作用而导致 组织细化. 图 2 YG8 沉积层截面 SEM 像.( a) 电火花沉积层截面扫描照片;( b) Zone Ⅰ 的放大扫描照片;( c) Zone Ⅱ的放大扫描照片;( d) Zone Ⅲ 的放大扫描照片 Fig.2 C ross-section SEM images of the YG8 coating :( a) cross-section;( b) Zone Ⅰ ;( c) Zone Ⅱ ;( d) Zone Ⅲ 由图 2( a) 和( c) 可以看出, 浅灰色区域上弥散 分布着的白色颗粒和黑色颗粒 .由 A 、B 和 C 区域 的能谱分析可以看到( 图 3) , 它们的主要成分都为 W 、Fe 、Co 和 C 元素, 但是含量不一样:白色颗粒 A 的W 含量最高, Fe 含量最少 ;黑色颗粒 B 的 Fe 含 量最高, Co 含量最少;灰色C 区域的C 含量最高, Fe 含量略低于 B 区域的, Co 含量略低于 A 区域的, W 含量略高于 B 区域的.根据 XRD 分析可以判断, A 区域的化合物为 W2C, B 区域的化合物为 Fe7W6C, C 区域可能包含 Fe3W3C 和 Co3W3C .由此表明, 电 火花沉积层的外层是以 Fe3W3C 和 Co3W3C 为基 体, 在 Fe3W3C 和 Co3W3C 的基体上弥散分布着黑 色的 Fe7W6 颗粒和白色的 W2C 颗粒图( 2( c) ) , 特别 是有些区域上分布着大量的极细小白色 W2C 颗粒 . 由图 2( b) 可以看出, 沉积层底部的靠近基体的 过渡层组织为柱状晶结构, 在柱状晶结构区域与沉 积层白色细小颗粒区之间的是树枝状晶区域.这主 要是因为电火花沉积是一种快速加热、快速凝固的 过程, 液态成分起伏较大, 熔池中存在成分不均匀现 象, 这种由于固液界面一定区域的成分起伏而造成 的过冷会使过渡层组织出现多样性 .沉积层合金的 结晶形态受熔池内液相成分和形状因子的影响[ 11] , 形状因子是结晶方向上的温度梯度 G 与凝固速度 R 之比 G/ R .由靠近基体的结合带向熔池内部, 温 度梯度 G 逐渐减小, 产生小的成分过冷区, 液固界 面上产生凸起, 形成柱状晶 ( 图 2 ( b) 柱状晶处 · 1154 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷