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第1期 刘均波等：反应等离子熔覆(C,Fe)zC3/yFe金属陶瓷复合材料涂层的耐磨性 .53. 损表面布满了既宽又深的“犁沟”及大块的粘着剥落 在反应等离子熔覆(Cr,Fe)zC3/YFe金属陶瓷复合 坑，表明在600℃高温磨损实验条件下，镍基高温合 材料涂层磨损表面上看不到明显的沟槽，只有轻微 金GH22对磨盘表面微凸体对45钢产生了较严重 的擦划痕，说明该涂层在高温滑动磨损实验条件下 的犁削和擦伤作用，同时两摩擦面之间产生了严重 具有良好的磨料磨损抗力；由于反应等离子熔覆涂 的粘着磨损.图8(b)为反应等离子熔覆(Cr,Fe)zC3 层键合性质与镍基高温合金对磨盘相差较大，不易 金属陶瓷复合材料涂层在98N,600℃条件下磨损 与之产生粘着，加之涂层具有较高的高温硬度，在接 lh后的磨损表面SEM形貌，与图8(a)相比较可 触应力作用下不易产生变形，所以反应等离子熔覆 见，反应等离子熔覆(Cr,Fe)C3金属陶瓷复合材料 (Cr,Fe)zC3/Fe金属陶瓷复合材料涂层在高温滑 涂层磨损表面比较光滑，只有轻微的擦划痕，没有明 动磨损实验条件下也具有较好的粘着磨损抗力，在 显的粘着磨损痕迹， 磨损表面上观察不到明显的粘着痕迹， 2.3耐磨机理讨论 反应等离子熔覆(Cr,Fe)C3/YFe金属陶瓷复 2.3.1室温干滑动磨损机理 合材料涂层组织中，具有较高高温硬度及优异耐磨 反应等离子熔覆(Cr,Fe)C3/YFe金属陶瓷复 性的难熔金属碳化物(Cr,Fe)7C3块状初生相均匀 合材料涂层具备优异抵抗滑动磨损性能的主要原因 分布于具有优异强韧性配合及良好耐磨性的以(Cr, 是：(1)反应等离子熔覆(Cr,Fe)C3/Fe复合材料 Fe)C3和YFe为共晶的基体上，这种独特的组织 涂层中(Cr,Fe)7C3耐磨增强相具有硬度高、耐磨性 赋予了该涂层优异的高温耐磨性能 好的特点，在摩擦过程中起到了抗磨损骨干作用， (2)作为涂层基体的YFe由于在磨损变形过程中 3结论 产生应力诱发奥氏体相变效应而具有优异的耐磨 以廉价的Fe Cr C合金粉末为原料，利用反应 性，摩擦过程中对耐磨增强相(Cr,Fe)C3起到了强 等离子熔覆技术，在45+钢表面制得新型(Cr, 力支撑作用.(3)反应等离子熔覆(Cr,Fe)C3/Fe Fe)zC3/Fe金属陶瓷复合材料涂层，该涂层组织 复合材料涂层的主要组成相为(Cr,Fe)zC3和Fe, 均匀、致密、无气孔和裂纹，具有较高的显微硬度，在 其结合键除具有金属键外，还有较强的离子键或共 室温和高温滑动磨损条件下均具有优异的摩擦磨损 价键，其键合性质与45#钢或GCr15钢对磨环的键 和粘着磨损抗力， 合性质相差很大，难以与之产生粘着，因而粘着磨损 参考文献 抗力很高.(4)反应等离子熔覆(Cr,Fe)C3/yFe 复合材料涂层组织细小均匀，强度和韧性配合优良， [1]孙荣禄，杨贤金·激光熔覆原位合成TC一TB2/Ni基金属陶瓷 涂层的组织和摩藤磨损性能.硅酸盐学报，2003,31(12)：1221 使涂层材料在磨损过程中不致产生开裂和剥落等不 [2]武晓雷，陈光南-激光形成原位TC颗粒增强涂层的组织及性 良现象，因而反应等离子熔覆(Cr,Fe)C3/YFe金 能.金属学报，1998,34(12)：1284 属陶瓷复合材料涂层表现出优异的耐磨性能 [3]马乃恒，梁工英，苏俊义，等.激光熔覆原位合成TiCp/Al复合 2.3.2高温滑动磨损机理 材料表层的滑动摩擦磨损性能.摩擦学学报，2002,22(4)：308 材料在高温下的磨损较之常温磨损有较大区 [4]张松，张春华，王茂才，等.TC/T复合材料激光熔覆层的冲击 磨粒磨损性能.金属学报，2002,38(10)：1100 别，随着温度的升高，金属晶体中原子的结合力减 [5]La P Q.Xue QJ.Liu W M.Effects of boron doping on tribolog- 弱，材料的硬度和强度降低，且无磨损后的加工硬 ical properties of Ni3Al-Cr7C3 coatings under dry sliding.Wear, 化，塑性流动亦更容易进行，真实接触面积增大，随 2001,249.93 着温度的改变，主导磨损机制往往会发生改变 [6]Frangini S.Masci A.Bartolomeo A.Cr7C3 based cermet coating 当涂层在高温下与GH22固溶强化镍基高温合 deposited on stainless steel by electrospark process:structural characteristics and corrosion behavior.Surf Coat Technol,2002. 金对磨盘摩擦时，在环境温度和摩擦热的双重作用 149:279. 下，GH22固溶强化镍基高温合金对磨盘材料软化， [7]WuX D.Wang D P,Yang S R.Tribochemical investigation of 硬度及剪切强度降低，相对于反应等离子熔覆涂层， tungsten carbide/titanium alloy tribo couples under aqueous lubri- GH22固溶强化镍基高温合金对磨盘材料硬度较 cation.Wear,2000.237:28 低，高温磨损时与反应等离子熔覆涂层相比相当于 [8]Storms E K.The Refractory Carbides.New York:Academic Press,1967 软磨料磨损，对磨盘微凸体不但不能有效地压入涂 [9]Toth L E.Transition Metal Carbides and Nitrides.New York: 层表面对其实施有效的显微切削，相反，在磨损过程 Academic Press,1971 中被大量的涂抹在反应等离子熔覆涂层表面，因此，损表面布满了既宽又深的“犁沟”及大块的粘着剥落 坑表明在600℃高温磨损实验条件下镍基高温合 金 GH22对磨盘表面微凸体对45＃钢产生了较严重 的犁削和擦伤作用同时两摩擦面之间产生了严重 的粘着磨损．图8（b）为反应等离子熔覆（CrFe）7C3 金属陶瓷复合材料涂层在98N600℃条件下磨损 1h 后的磨损表面 SEM 形貌．与图8（a）相比较可 见反应等离子熔覆（CrFe）7C3 金属陶瓷复合材料 涂层磨损表面比较光滑只有轻微的擦划痕没有明 显的粘着磨损痕迹． 2∙3 耐磨机理讨论 2∙3∙1 室温干滑动磨损机理 反应等离子熔覆（CrFe）7C3／γ－Fe 金属陶瓷复 合材料涂层具备优异抵抗滑动磨损性能的主要原因 是：（1）反应等离子熔覆（CrFe）7C3／γ－Fe 复合材料 涂层中（CrFe）7C3 耐磨增强相具有硬度高、耐磨性 好的特点在摩擦过程中起到了抗磨损骨干作用． （2）作为涂层基体的γ－Fe 由于在磨损变形过程中 产生应力诱发奥氏体相变效应而具有优异的耐磨 性摩擦过程中对耐磨增强相（CrFe）7C3 起到了强 力支撑作用．（3）反应等离子熔覆（CrFe）7C3／γ－Fe 复合材料涂层的主要组成相为（CrFe）7C3 和γ－Fe 其结合键除具有金属键外还有较强的离子键或共 价键其键合性质与45＃钢或 GCr15钢对磨环的键 合性质相差很大难以与之产生粘着因而粘着磨损 抗力很高．（4）反应等离子熔覆（CrFe）7C3／γ－Fe 复合材料涂层组织细小均匀强度和韧性配合优良 使涂层材料在磨损过程中不致产生开裂和剥落等不 良现象因而反应等离子熔覆（CrFe）7C3／γ－Fe 金 属陶瓷复合材料涂层表现出优异的耐磨性能． 2∙3∙2 高温滑动磨损机理 材料在高温下的磨损较之常温磨损有较大区 别随着温度的升高金属晶体中原子的结合力减 弱材料的硬度和强度降低且无磨损后的加工硬 化塑性流动亦更容易进行真实接触面积增大随 着温度的改变主导磨损机制往往会发生改变． 当涂层在高温下与 GH22固溶强化镍基高温合 金对磨盘摩擦时在环境温度和摩擦热的双重作用 下GH22固溶强化镍基高温合金对磨盘材料软化 硬度及剪切强度降低相对于反应等离子熔覆涂层 GH22固溶强化镍基高温合金对磨盘材料硬度较 低高温磨损时与反应等离子熔覆涂层相比相当于 软磨料磨损对磨盘微凸体不但不能有效地压入涂 层表面对其实施有效的显微切削相反在磨损过程 中被大量的涂抹在反应等离子熔覆涂层表面因此 在反应等离子熔覆（CrFe）7C3／γ－Fe 金属陶瓷复合 材料涂层磨损表面上看不到明显的沟槽只有轻微 的擦划痕说明该涂层在高温滑动磨损实验条件下 具有良好的磨料磨损抗力；由于反应等离子熔覆涂 层键合性质与镍基高温合金对磨盘相差较大不易 与之产生粘着加之涂层具有较高的高温硬度在接 触应力作用下不易产生变形所以反应等离子熔覆 （CrFe）7C3／γ－Fe 金属陶瓷复合材料涂层在高温滑 动磨损实验条件下也具有较好的粘着磨损抗力在 磨损表面上观察不到明显的粘着痕迹． 反应等离子熔覆（CrFe）7C3／γ－Fe 金属陶瓷复 合材料涂层组织中具有较高高温硬度及优异耐磨 性的难熔金属碳化物（CrFe）7C3 块状初生相均匀 分布于具有优异强韧性配合及良好耐磨性的以（Cr Fe）7C3 和γ－Fe 为共晶的基体上这种独特的组织 赋予了该涂层优异的高温耐磨性能． 3 结论 以廉价的 Fe－Cr－C 合金粉末为原料利用反应 等离子熔覆技术在 45＃ 钢表面制得新型 （Cr Fe）7C3／γ－Fe 金属陶瓷复合材料涂层．该涂层组织 均匀、致密、无气孔和裂纹具有较高的显微硬度在 室温和高温滑动磨损条件下均具有优异的摩擦磨损 和粘着磨损抗力． 参 考 文 献 ［1］ 孙荣禄杨贤金．激光熔覆原位合成 TiC－TiB2／Ni 基金属陶瓷 涂层的组织和摩擦磨损性能．硅酸盐学报200331（12）：1221 ［2］ 武晓雷陈光南．激光形成原位 TiC 颗粒增强涂层的组织及性 能．金属学报199834（12）：1284 ［3］ 马乃恒梁工英苏俊义等．激光熔覆原位合成 TiCp／Al 复合 材料表层的滑动摩擦磨损性能．摩擦学学报200222（4）：308 ［4］ 张松张春华王茂才等．TiC／Ti 复合材料激光熔覆层的冲击 磨粒磨损性能．金属学报200238（10）：1100 ［5］ La P QXue Q JLiu W M．Effects of boron doping on tribological properties of Ni3Al－Cr7C3coatings under dry sliding．Wear 2001249：93 ［6］ Frangini SMasci ABartolomeo A．Cr7C3－based cermet coating deposited on stainless steel by electrospark process：structural characteristics and corrosion behavior．Surf Coat Technol2002 149：279． ［7］ Wu X DWang D PYang S R．Tribochemical investigation of tungsten carbide／titanium alloy tribo-couples under aqueous lubrication．Wear2000237：28 ［8］ Storms E K．The Refractory Carbides．New York：Academic Press1967 ［9］ Toth L E．Transition Metal Carbides and Nitrides．New York： Academic Press1971 第1期 刘均波等： 反应等离子熔覆（CrFe）7C3／γ－Fe 金属陶瓷复合材料涂层的耐磨性 ·53·