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D0I:10.13374/i.issnl00113.2007.0L.011 第29卷第1期 北京科技大学学报 Vol.29 No.1 2007年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2007 反应等离子熔覆(Cr,Fe)7C3/YFe金属陶瓷 复合材料涂层的耐磨性 刘均波1,2)王立梅)黄继华2) 1)潍坊学院机电系，潍坊2610412)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 3)潍坊学院信控系，潍坊261041 摘要以Fe-Cr-C合金粉末为原料，采用反应等离子熔覆技术，在45钢表面制得以原位生成初生相(Cr,F)C3为增强相 的新型陶瓷复合材料涂层·利用SEM,XRD:EDS和显微硬度计等分析了涂层的显微组织和硬度，分别在室温干滑动磨损及 高温滑动磨损条件下测试了涂层的耐磨性，并讨论了其磨损机理.结果表明，涂层组织包括(Cr,F)C3增强相和Fe固溶体 与少量(Cr,F)C3构成的共晶，该涂层在室温干滑动磨损和高温滑动磨损条件下均具有优异的耐磨性· 关键词金属陶瓷复合材料涂层：反应等离子熔覆：显微组织：耐磨性 分类号TG174.44 反应熔覆技术是在激光或等离子等高能量束熔 50mmX20mmX10mm,实验采用Fe-Cr-C合金 覆过程中通过元素或化合物间的化学反应“原位合 粉末为原料，其粒度为一200~十300目左右，熔覆 成”金属陶瓷等涂层的一种新型涂层技术，近年来， 设备采用DRF一1型全自动反应等离子熔覆机床 反应熔覆技术受到了国内外的普遍关注山.利用该 熔覆原理如图1所示，反应等离子熔覆工艺参数 技术可在5 CrMnMo钢表面制备出TiC/Ni,TiC/ 为：工作电流300A,工作电压45V,选用氩气为工 Ti,TiC-TiB2/Ni基金属陶瓷涂层2]. 作气，工作气流量1.5Lmin-1.熔覆过程中，采用 (Cr,Fe)C3金属陶瓷具有硬度高、耐腐蚀性及 专用送粉器进行同步送粉·用JSM5800型扫描电 抗氧化性好等优点，常被用作耐磨或抗氧化涂层的 子显微镜观察显微组织；采用日本理学Dmax一 增强相.固溶了大量合金元素的YFe奥氏体固溶 2200pc旋转阳极X射线衍射仪并结合S一530型 体具有良好的塑性、韧性及较高的强度，以高硬、强 Link ISIS能谱仪进行物相鉴定；在M6型半自动 耐磨的(Cr,Fe)C3金属陶瓷作为增强相，以韧性、 塑性良好的YFe固溶体作为基体的(Cr,Fe)zC3/ 显微硬度计上进行显微硬度测量，载荷为1.96N, YF复合材料涂层，可望具有优异的常温及高温耐 加载保持时间为10s,室温干滑动磨损实验在 磨性能[-7 MXP一2000型摩擦磨损试验机上进行；选取硬度为 本文以廉价的Fe-Cr-C合金粉末为原料利用 HV798的淬火十低温回火处理的GCr15钢环作为 反应等离子熔覆技术在45*钢表面制备了以原位生 对磨环，被测试样为45钢和反应等离子熔覆(Cr, 成初生相(Cr,Fe)C3为增强相，以YFe固溶体与 Fe)7C3金属陶瓷复合材料涂层试样，载荷100N,相 少量(Cr,Fe)C3构成的共晶为基体的新型陶瓷复 对滑动速度0.5652ms1,磨损滑动行程2034m· 合材料涂层，通过SEM,XRD,EDS和显微硬度计 室温干滑动磨损实验和高温滑动磨损实验均选取 等分析了涂层的显微组织和硬度：在室温干滑动磨 45*钢作为标样.为满足试验机对试样尺寸的要求， 损及400~600℃高温滑动磨损条件下评价了耐磨 将标样和反应等离子熔覆(Cr,Fe)zC3/YFe金属陶 性能，并对其磨损机理进行了探讨， 瓷复合材料涂层试样均用电火花切割成尺寸为 1 实验材料及方法 6mmX6mmX7mm的矩形块，作为磨损上试样， 以试样的6mm×6mm表面作为磨损面：下试样为圆 反应等离子熔覆基材为45钢，试样尺寸为 盘状，选取具有较高的高温硬度及优良的抗氧化性 收稿日期：2005-10-12修回日期：2006-09-22 能的镍基高温合金GH22(室温硬度HV500)作为盘 基金项目：河南省杰出人才创新基金资助项目(N。,0421001000) 形下试样.载荷98N,相对滑动速度0.15ms1,滑 作者简介：刘均波(1973一)：男，博士研究生；黄继华(1962一)，男， 教授，博士生导师 动距离508m,利用精度为0.1mg的Startorius BS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 刘均波12） 王立梅3） 黄继华2） 1） 潍坊学院机电系潍坊261041 2） 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 3） 潍坊学院信控系潍坊261041 摘 要 以 Fe－Cr－C 合金粉末为原料采用反应等离子熔覆技术在45＃钢表面制得以原位生成初生相（CrFe）7C3 为增强相 的新型陶瓷复合材料涂层．利用 SEMXRDEDS 和显微硬度计等分析了涂层的显微组织和硬度分别在室温干滑动磨损及 高温滑动磨损条件下测试了涂层的耐磨性并讨论了其磨损机理．结果表明涂层组织包括（CrFe）7C3 增强相和γ－Fe 固溶体 与少量（CrFe）7C3 构成的共晶该涂层在室温干滑动磨损和高温滑动磨损条件下均具有优异的耐磨性． 关键词 金属陶瓷复合材料涂层；反应等离子熔覆；显微组织；耐磨性 分类号 TG174∙44 收稿日期：20051012 修回日期：20060922 基金项目：河南省杰出人才创新基金资助项目（No．0421001000） 作者简介：刘均波（1973－）男博士研究生；黄继华（1962－）男 教授博士生导师 反应熔覆技术是在激光或等离子等高能量束熔 覆过程中通过元素或化合物间的化学反应“原位合 成”金属陶瓷等涂层的一种新型涂层技术．近年来 反应熔覆技术受到了国内外的普遍关注［1］．利用该 技术可在5CrMnMo 钢表面制备出 TiC／NiTiC／ TiTiC－TiB2／Ni 基金属陶瓷涂层［2－4］． （CrFe）7C3 金属陶瓷具有硬度高、耐腐蚀性及 抗氧化性好等优点常被用作耐磨或抗氧化涂层的 增强相．固溶了大量合金元素的γ－Fe 奥氏体固溶 体具有良好的塑性、韧性及较高的强度以高硬、强 耐磨的（CrFe）7C3 金属陶瓷作为增强相以韧性、 塑性良好的γ－Fe 固溶体作为基体的（CrFe）7C3／ γ－Fe复合材料涂层可望具有优异的常温及高温耐 磨性能［5－7］． 本文以廉价的 Fe－Cr－C 合金粉末为原料利用 反应等离子熔覆技术在45＃钢表面制备了以原位生 成初生相（CrFe）7C3 为增强相以γ－Fe 固溶体与 少量（CrFe）7C3 构成的共晶为基体的新型陶瓷复 合材料涂层．通过 SEMXRDEDS 和显微硬度计 等分析了涂层的显微组织和硬度；在室温干滑动磨 损及400～600℃高温滑动磨损条件下评价了耐磨 性能并对其磨损机理进行了探讨． 1 实验材料及方法 反应等离子熔覆基材为45＃ 钢试样尺寸为 50mm×20mm×10mm．实验采用 Fe－Cr－C 合金 粉末为原料其粒度为－200～＋300目左右．熔覆 设备采用 DRF－1型全自动反应等离子熔覆机床 熔覆原理如图1所示．反应等离子熔覆工艺参数 为：工作电流300A工作电压45V选用氩气为工 作气工作气流量1∙5L·min －1．熔覆过程中采用 专用送粉器进行同步送粉．用 JSM－5800型扫描电 子显微镜观察显微组织；采用日本理学 Dmax－ 2200pc 旋转阳极 X 射线衍射仪并结合 S－530型 Link ISIS 能谱仪进行物相鉴定；在 MH－6型半自动 显微硬度计上进行显微硬度测量载荷为1∙96N 加载保持时间为 10s．室温干滑动磨损实验在 MXP－2000型摩擦磨损试验机上进行；选取硬度为 HV798的淬火＋低温回火处理的 GCr15钢环作为 对磨环被测试样为45＃钢和反应等离子熔覆（Cr Fe）7C3 金属陶瓷复合材料涂层试样载荷100N相 对滑动速度0∙5652m·s －1磨损滑动行程2034m． 室温干滑动磨损实验和高温滑动磨损实验均选取 45＃钢作为标样．为满足试验机对试样尺寸的要求 将标样和反应等离子熔覆（CrFe）7C3／γ－Fe 金属陶 瓷复合材料涂层试样均用电火花切割成尺寸为 6mm×6mm×7mm 的矩形块作为磨损上试样 以试样的6mm×6mm表面作为磨损面；下试样为圆 盘状选取具有较高的高温硬度及优良的抗氧化性 能的镍基高温合金GH22（室温硬度 HV500）作为盘 形下试样．载荷98N相对滑动速度0∙15m·s －1滑 动距离508m．利用精度为0∙1mg的 Startorius BS 第29卷 第1期 2007年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．1 Jan．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．01．011