第3期 路阳等：高铝青铜粉体超音速等离子喷涂层感应重熔后的组织及性能 ·337· 表3能谱点分析结果（质量分数） 体硬度的上升是重熔过程中少量合金元素的扩散 Table3 Data of point analysis by EDS 导致晶格畸变的结果，而感应集肤效应和物性参 位置Cu Al Fe Ni Mn Co 0 数差异使得涂层表面和界面成为加热的两个高温 a 14.648.9468.392.940.582.092.43 区，最先熔化、结晶，而后热传导使涂层中部材料 b 6.687.20 75.263.480.70 3.313.37 接着熔化、结晶。这样不仅使涂层材料与基体实现 79.459.636.742.490.270.421.01 治金结合，得到致密、硬度高的过渡区域，还能在 d13.2232.22 9.100.86 一 44.60 基体表面形成一层晶粒细小、硬度高、耐磨和高耐 e 79.9510.45 4.582.910.410.541.16 蚀的涂层16-刀 2.5涂层硬度分布 450 400 沿着从基体到涂层表面的方向测量显微硬 重熔后 350 度，即正方向为涂层，负方向为基体，每隔压痕对 重熔 300 角线长度3倍的距离测量一次.硬度数据分布如 250 图7所示.由图可知，整体上两种涂层的硬度都较 200 基体硬度高出许多，感应重熔前、后涂层硬度平均 150 值分别为Hv319.2和Hv331.3,即两种工艺方法 100 200 02004006008001000 都能在钢工件表面获得所需的较高的硬度性能， 到涂层与基体界面的距离如m 符合表面工程技术的最终目的.对比两条曲线可 图7感应重熔前、后涂层硬度对比 知：重熔前界面附近涂层的组织硬度较低，后续涂 Fig.7 Hardness contrast of the coatings before and after the induc- 层硬度上升，且在一定范围内波动，这是由于重熔 tion remelting 前界面处存在少量氧化物而致使涂层致密性下 2.6界面结合强度测试 降，从而导致硬度较低：重熔后基体硬度略有上 采用微机控制电子式万能试验机测试重熔前、 升，其均值由感应前的Hv139.0上升到Hv152.8, 后两种涂层与基体的结合强度，试验机压头以 涂层硬度在界面附近的扩散带和涂层表面均较 1 mm*min-1的加载速度匀速加载，记录下载荷与变 高，涂层中间部分硬度波动较感应前有所缓和.基 形的关系曲线如图8所示 20 16 三12 8 00.20.40.60.8101214 000应040608102416182022 变形m 变形mm 图8感应重熔前(a)、后()涂层与基体结合强度 Fig.8 Bonding strength between the matrix and the coatings before (a)and after (b)induction remelting 对比两图可知，重熔前、后两种涂层与基体之间 19.2761kN.重熔前涂层与基体的结合强度约为 的结合力测试曲线变化趋势一致，即载荷先是随着 25.110MPa,重熔以后结合强度提升至了 加载行程的不断增大而增大，当达到某一临界最大 83.358MPa,增幅达到了230%，说明感应重熔工艺 值时，载荷由于涂层与基体发生剥离而突然下降，随 的应用使得涂层与基体之间的界面结合状态得到了 后加载行程继续增大而载荷则保持在较低的值呈现 有效的改善，结合机制发生了根本的转变，最终界面 水平稳定状态.重熔前发生剥离现象时的最大载荷 结合强度大幅提高，涂层的使用寿命将明显延长，应 值为7.4209kN,而重熔以后此最大载荷值增长至 用范围也将得到有效的拓展.第 3 期 路 阳等: 高铝青铜粉体超音速等离子喷涂层感应重熔后的组织及性能 表 3 能谱点分析结果( 质量分数) Table 3 Data of point analysis by EDS % 位置 Cu Al Fe Ni Mn Co O a 14. 64 8. 94 68. 39 2. 94 0. 58 2. 09 2. 43 b 6. 68 7. 20 75. 26 3. 48 0. 70 3. 31 3. 37 c 79. 45 9. 63 6. 74 2. 49 0. 27 0. 42 1. 01 d 13. 22 32. 22 9. 10 0. 86 — — 44. 60 e 79. 95 10. 45 4. 58 2. 91 0. 41 0. 54 1. 16 2. 5 涂层硬度分布 沿着从基体到涂层表面的方向测量显微硬 度，即正方向为涂层，负方向为基体，每隔压痕对 角线长度 3 倍的距离测量一次． 硬度数据分布如 图 7 所示． 由图可知，整体上两种涂层的硬度都较 基体硬度高出许多，感应重熔前、后涂层硬度平均 值分别为 Hv 319. 2 和 Hv 331. 3，即两种工艺方法 都能在钢工件表面获得所需的较高的硬度性能， 符合表面工程技术的最终目的． 对比两条曲线可 知: 重熔前界面附近涂层的组织硬度较低，后续涂 层硬度上升，且在一定范围内波动，这是由于重熔 前界面处存在少量氧化物而致使涂层致密性下 降，从而导致硬度较低; 重熔后基体硬度略有上 升，其均值由感应前的Hv 139. 0上升到 Hv 152. 8， 涂层硬度在界面附近的扩散带和涂层表面均较 高，涂层中间部分硬度波动较感应前有所缓和． 基 体硬度的上升是重熔过程中少量合金元素的扩散 导致晶格畸变的结果，而感应集肤效应和物性参 数差异使得涂层表面和界面成为加热的两个高温 区，最先熔化、结晶，而后热传导使涂层中部材料 接着熔化、结晶． 这样不仅使涂层材料与基体实现 冶金结合，得到致密、硬度高的过渡区域，还能在 基体表面形成一层晶粒细小、硬度高、耐磨和高耐 蚀的涂层［16--17］． 图 7 感应重熔前、后涂层硬度对比 Fig． 7 Hardness contrast of the coatings before and after the induc￾tion remelting 2. 6 界面结合强度测试 采用微机控制电子式万能试验机测试重熔前、 后两种涂层与基体的结合强度，试 验 机 压 头 以 1 mm·min － 1的加载速度匀速加载，记录下载荷与变 形的关系曲线如图 8 所示． 图 8 感应重熔前( a) 、后( b) 涂层与基体结合强度 Fig． 8 Bonding strength between the matrix and the coatings before ( a) and after ( b) induction remelting 对比两图可知，重熔前、后两种涂层与基体之间 的结合力测试曲线变化趋势一致，即载荷先是随着 加载行程的不断增大而增大，当达到某一临界最大 值时，载荷由于涂层与基体发生剥离而突然下降，随 后加载行程继续增大而载荷则保持在较低的值呈现 水平稳定状态． 重熔前发生剥离现象时的最大载荷 值为 7. 4209 kN，而重熔以后此最大载荷值增长至 19. 2761 kN． 重熔前涂层与基体的结合强度约为 25. 110 MPa，重熔以后结合强度提升至了 83. 358 MPa，增幅达到了 230% ，说明感应重熔工艺 的应用使得涂层与基体之间的界面结合状态得到了 有效的改善，结合机制发生了根本的转变，最终界面 结合强度大幅提高，涂层的使用寿命将明显延长，应 用范围也将得到有效的拓展． · 733 ·