【摘 要】
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为了提高45#钢的耐磨耐蚀性,采用激光熔覆技术分别在其表面制备Ni35+11%WC和Ni35+11%WC+Cr涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、显微维氏硬度计、环块式摩擦磨损试验机以及电化学腐蚀工作站等系统地研究了熔覆层的形貌、成分、结构及磨损腐蚀性能,分析了Cr元素的添加对涂层组织结构及性能的影响规律,主要研究结果如下:1)激光熔覆Ni35+11%W
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为了提高45#钢的耐磨耐蚀性,采用激光熔覆技术分别在其表面制备Ni35+11%WC和Ni35+11%WC+Cr涂层,采用X射线衍射仪（XRD）、金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、显微维氏硬度计、环块式摩擦磨损试验机以及电化学腐蚀工作站等系统地研究了熔覆层的形貌、成分、结构及磨损腐蚀性能,分析了Cr元素的添加对涂层组织结构及性能的影响规律,主要研究结果如下:1)激光熔覆Ni35+11%WC涂层的组织及性能Ni35+11%WC涂层的截面无气孔、裂纹等缺陷,涂层与基体冶金结合良好。涂层的组成相主要有γ-Ni、Cr7C3、Ni3B、Ni2Fe、W2C。涂层的金相由柱状晶,以及等轴晶组成。与基体相比,Ni35+11%WC涂层耐磨损性和硬度都有所提高,涂层的硬度值达到710HV左右;涂层磨损后形貌表现为犁沟和黏着磨损。通过电化学腐蚀数据比较,45#钢耐电化学腐蚀电位是-1.057V,耐腐蚀电流为1.750A/m2;而Ni35+11%WC涂层的腐蚀电位是-0.833V,腐蚀电流为0.981A/m2。在极化曲线中,涂层钝化区域时间长,而45#钢钝化区持续时间较短。在阻抗测试中,Ni35+11%WC涂层容抗半径、相位角均大于45#钢的容抗半径、相位角;进一步研究涂层的等效拟合电路数据,Ni35+11%WC涂层电荷转移电阻与Rf值也大于45#钢的对应值。表明Ni35+11%WC涂层比45#钢具有更好的耐蚀性。2)激光熔覆Ni35+11%WC+Cr涂层的组织及性能Ni35+11%WC+Cr涂层的组织均匀、截面光整、无气孔与未熔颗粒,同时涂层与基体形成良好冶金结合。经过物相测试,涂层以Cr23C6、Cr B、r-Ni、Cr7C3、Ni3B、Ni3Fe、Fe3C、W2C物相为主。涂层以细小的等轴晶以及少量细小的柱状晶为主,受到温度梯度影响,涂层芯部晶体粗大。涂层的平均硬度值为600HV左右,同时涂层硬度值浮动较大。在极化曲线测试中,与Ni35+11%WC涂层相比,Ni35+11%WC+Cr涂层的自腐蚀电压为-0.475v,腐蚀电流是0.481A/m2,涂层的tafel线正向偏移。通过电化学阻抗谱测试,与Ni35+11%WC涂层相比,Ni35+11%WC+Cr涂层容抗半径大,相位角居高。在等效拟合电路中,与Ni35+11%WC涂层相比,Ni35+11%WC+Cr涂层的电荷转移电阻为689.46?·cm2;涂层的钝化膜耐离子腐蚀电阻Rf值为103.655?·cm2。因此,在电化学腐蚀测试中,Ni35+11%WC+Cr涂层能够产生良好钝化膜,提高涂层耐腐蚀性。3)Cr的添加对涂层组织及性能影响规律在涂层的组织方面,Cr的添加使得Ni35+11%WC+Cr涂层的气孔、裂纹等缺陷减少。经过比较,添加Cr的涂层增加Cr23C6硬质相。同时,Cr元素具有细化晶粒作用,Ni35+11%WC+Cr的等轴晶与柱状晶变的更加细小。Cr的含量对于涂层的稀释率有一定的影响,当达到30%Cr至50%Cr时候,涂层的稀释率变化趋于稳定值。在涂层的性能方面,Cr的添加使得涂层硬度值降低、耐磨性减弱。其原因是Cr元素与C元素形成过多Cr23C6、Cr7C3硬质相,导致涂层出现晶界脆化,从而出现硬度与耐磨性略微减弱。在3.5%Na Cl溶液电解实验中,添加Cr之后的涂层塔菲尔曲线正向偏移较大,自腐蚀电压与腐蚀电流数绝对值呈现减小规律;同时在阻抗谱测试中,添加Cr之后的涂层也会导致阻抗值增大。而在拟合等效电路中,添加Cr之后的涂层转移电阻值与钝化膜耐电离子腐蚀电阻值也会随之增加。因此可以得出,Cr添加使得涂层形成良好钝化膜,减少涂层表面腐蚀电池的数量,缩小电极电位差,提高Ni35+11%WC+Cr涂层耐电化学腐蚀性能。
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