料浆包渗温度对渗Si层组织结构和性能的影响

　　纯铜具有导电性好、导热性好、强度较高、韧性好等特性，在实际生产中获得了广泛应用，如冶金行业的高炉风口、连铸机结晶器零部件等大多都用纯铜制造[1，2]。但其硬度较低，耐磨性能不高，高温下易氧化，使用寿命不长。在纯铜表面制备涂层以改善纯铜的耐磨性和高温抗氧化性的研究已经有很多文献报道[3-6]，表面改性的方法主要有固体粉末包渗法[7，8]和等离子喷涂技术[9，10]等。采用固体粉末包渗法在铜表面渗铝，操作过程简单，不需要专门的设备，加工成本低，涂层和基体结合强度高，但是存在漏渗的现象;而采用等离子喷涂技术制备涂层，需要专门的设备，零件的形状受到限制，且涂层薄，容易剥离。本研究在前面实验[11，12]的基础上，研究了料浆包渗Si温度对渗层组织、显微硬度和耐磨性能的影响。

　　1　实验方法

　　以纯镍板为阳极，99.99%的紫铜块切割成尺寸为15mm×10mm×2mm的试样为阴极，在瓦特型电镀液中进行电镀。将电镀后的试样清洗、烘干备用。

　　以SiO2粉为主渗剂，工业纯Al粉为还原剂，以NH4Cl和NaF作为复合活化剂，鸡蛋清作为黏结剂制备浆料，浆料配方和渗硅工艺见表1。根据试样大小，分别称取渗剂各组分放入研钵中，研磨5min，使混合均匀。然后，加入适量的鸡蛋清，用玻璃棒搅拌均匀，调制成膏状涂覆于试样Ni镀层表面。把涂覆好的试样放入真空干燥箱，在80℃下真空干燥1h。取出试样，放入自制的真空炉中，抽真空，用纯度为99.99%的氩气洗炉三次，然后通入氩气，升温至工艺要求，保温12h，随炉冷却至室温后取出。

　　采用WTM-2E型可控气氛微型摩擦磨损试验仪，对铜基体和渗硅层试样进行销盘磨损实验。测试条件：Si3N4球为对磨材料，直径Φ4mm;载荷750g，转速为750r/min，环境温度为室温，磨痕半径为4mm。

　　采用FEI  SIRION场发射扫描电镜(SEM)配能谱分析仪(EDS)分析渗层磨痕表面和截面元素变化趋势;渗层的相结构用X射线衍射(XRD)仪分析，O-LYMPUS-B202光学显微镜分析渗层截面的金相组织，腐蚀剂体积比为：HNO3∶HF∶H2O=1∶1∶2的溶液;渗层截面的显微硬度用HVS-1000型显微硬度机测试，所加载荷为1.96N，加载时间为15s。

　　2　结果与讨论

　　2.1　料浆包渗温度对渗层结构的影响

　　经不同温度包渗后，渗层相结构如图1所示。从图1可看出，包渗温度为750℃时，XRD衍射结果表明，渗层组织为单相Ni₃₁Si₁₂金属间化合物组成(见图1(a));850℃时，组织以Ni₃₁Si₁₂为主相(见图1(b));900℃时，以Ni₂Si为主相(见图1(c));950℃时，XRD衍射谱线中出现了NiAl金属间化合物的特征峰，组织仍以Ni₃1Si₁₂为主相(见图1(d))。