激光熔覆Ni-Cr-B-Si-C合金涂层显微组织的透射电镜研究

　　Ni基表面硬化合金系中一类工业上广泛使用的具有合理性能/价格比和良好工艺性的表面硬化材料主要由Ni-Cr-B-Si-C组成,其典型合金为RNiCr-C,名义成份为Ni-15Cr-4Si-3.5B-0.75C[1],在室温和高温下具有与Co基合金相同的磨损和腐蚀抗力[2]。该合金的组织比较复杂,与成份和工艺密切相关。大量B,C硬质相的形成和Si的固溶强化作用是该合金硬度高,耐磨性好的主要原因,此外,B还可以减小摩擦系数,使合金的金属间磨损和低应力磨损抗力增加。先后有许多工作[2～8]研究了Ni-Cr-B-Si-C合金在不同激光熔覆快速凝固条件下获得的涂层组织与相特征。虽然所研究涂层材料的成份类似,但得到的结果却大大不同。本文选用优化熔覆工艺条件下制备的Ni-Cr-B-Si-C涂层,综合运用X射线衍射(XRD),SEM和TEM比较系统地分析涂层的相与组织组成。

　　1　试验方法

　　试验基底材料为45#钢,加工成70 mm×25 mm×10 mm的长方体试样,其待熔覆面经磨削加工,表面粗糙度为Ra=0.2μm,熔覆前清洗干净。涂层材料为F102合金粉末,粉末粒度范围为40～104μm,化学分析表明其成份为0.8C,16.0Cr,12.0Fe,4.5Si,3.5B,余Ni(wt-%)。熔覆前用粘结剂调成膏状,均匀预置在基底上并在327 K下烘干。

　　激光熔覆用Rofin-Sinar RS-1700SM型2.1 kW轴流连续波CO2激光器在Ar气保护下进行,激光操作模式为TEM10模。优化的熔覆工艺条件如下:预覆厚度为1.0 mm,激光实际输出功率P=1.7～1.75 kW,欠焦光斑直径D=3.0 mm,光束相对基底扫描速度V=0.2 m/min。XRD在Rigaku Rotaflex D/max-r衍射仪上进行。使用SEM(JEOL JSM-5800和Hi-tachi S-570,装有Oxford Link ISIS 6566 EDS系统)和TEM(Philips CM12,装有EDAX-9100EDS系统)分析涂层的组织、结构、成份。SEM试样沿涂层横向截取,经研磨抛光后用30Vol-%HF+70 Vol-%HNO3混合酸化学腐蚀。XRD和TEM分析试样沿涂层高度中部平行于熔覆面线切割切取。TEM薄膜经机械研磨后用离子减薄制得。

　　2　结果与分析

　　经单道激光熔覆获得的熔覆带表面光滑、规则、均匀致密,宽为3.0 mm,堆积高度为0.9mm,涂层与基底呈冶金结合,按面积法计算稀释率η约为8%。

　　2.1　XRD分析

　　图1 (a),(b)分别是Ni-Cr-B-Si-C合金的激光涂层和原始粉末样品的X射线衍射谱。比较发现,图1 (a),(b)谱线出现的衍射峰位基本对应,但图1(a)谱线的峰位相对左移,峰强下降,除了几个主峰之外,其他峰密而弱,重合严重。峰位左移表明经激光熔覆后引起相点阵参数的增大,这归因于两个原因,一方面快速凝固过程造成固溶扩展,另一方面,涂层凝固过程的热收缩引起的拉应变畸变。峰强下降可能与对应相含量减少有关。根据JCPDS卡片,对衍射谱