PDF《干摩擦条件下 WC 增强 Cu - Mn - Ni 复合涂层》

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修回日期 :2001 -

08 - 30/ 联系人潘蕾 ,E - mail :Betty. pan @263. net. 作者简介 :潘蕾 ,女,1975 年生 ,博士研究生 ,主要从事金属基复合材料的制备及性能研究.

2 结果及分析 2.

1 涂层微观组织 图1所示为 WC/ Cu - Mn - Ni 复合涂层和

45 # 钢基材的显微组织 SEM 照片 (图中白色棱角颗粒 为WC 颗粒) . 可见 :WC 颗粒均匀分布于涂层中 ,且 仍保持焊前的棱角形状 ,与钎焊合金有较明显的结 合层 ;

涂层与

45 # 钢基材之间的界面结合良好 ,为冶 金结合[6 ] . Fig

1 SEM picture of the coating on AISI -

1045 # steel substrate 图1涂层/ 基材微观组织形貌 2.

2 机械性能 表1列出了 Cu - Mn - Ni 基体合金和 WC 颗粒 增强 Cu - Mn - Ni 复合涂层 (WC 粒径为 150μm , 质量分数

30 %) 的机械性能(表中未包覆合金的 WC 表1Cu - Mn - Ni 基体合金及复合涂层的机械性能 Table

1 Mechanical properties of Cu - Mn - Ni alloy and composite coating Material Hardness HRB Shearing strength / MPa CuMnNi alloy

68 80 WC/ Cu - Mn - Ni coating

74 75 WCNiP/ Cu - Mn - Ni coating

90 130 颗粒标记为 WC ,包覆 Ni - P 合金的 WC 颗粒标记 为WCNi - P) . 可见 ,与Cu - Mn - Ni 基体合金相 比,含WC 增强颗粒的 Cu - Mn - Ni 复合涂层的硬 度有所提高 ,而含 Ni - P 合金包覆的 WC 增强颗粒 的复合涂层的硬度明显提高. 2.

3 磨损性能 2. 3.

1 WC 颗粒尺寸对涂层耐磨性的影响 图2所示为 Ni - P 合金包覆 WC 颗粒质量分数 Fig

2 Effect of WC size on the wear resistance of the coatings 图2WC 粒径对涂层耐磨性的影响 为30 %时 ,不同载荷条件下颗粒尺寸与复合涂层耐 磨性的变化关系曲线. 可以看出 ,随着 WC 颗粒粒 径的增加 ,复合涂层的磨损质量损失减小 ;

但当 WC 颗粒的平均粒径大于 150μm 时 ,复合涂层的磨损 质量损失反而增大. 这是由于当 WC 颗粒含量一定 时 ,颗粒粒径过大 ,则颗粒间的间隙过大 ,单位体积 内WC 颗粒的数目减少 ,摩擦过程中支撑载荷的硬 质颗粒数量 ,每个 WC 颗粒所承受的压力及切应力 增加 ,结果使得增强颗粒容易发生破坏和剥落 ,复合 涂层的耐磨性变差[7 ] . 2. 3.

2 WC 颗粒含量对涂层耐磨性的影响 图3所示为当 Ni - P 合金包覆 WC 颗粒平均粒 Fig

3 Effect of WC fraction on the wear resistance of the coatings 图3WC 含量对涂层耐磨性的影响 径为

150 μm 时 ,不同载荷条件下颗粒含量对复合 涂层耐磨性的影响. 可以看出 ,随着 WC 含量的增 加 ,复合涂层的磨损质量损失降低 ,但当 WC 颗粒

1 1 第1期潘蕾等 : 干摩擦条件下 WC 增强 Cu - Mn - Ni 复合涂层的磨损性能研究 含量大于

30 %时涂层的磨损质量损失反而有所增 加. 这是因为随着 WC 颗粒含量的增加 ,在摩擦副 接触表面起承载作用的硬质增强颗粒数量增多 ,因 而使耐磨性提高 ;

但当增强颗粒过多时 ,由于颗粒与 基体的结合界面增多 ,使复合材料的界面结合强度 降低 ,在磨损过程中颗粒易发生脱落 ,反而不利于提 高复合涂层的耐磨性. 2. 3.

3 磨损机制 图4所示为含质量分数

30 %平均尺寸 150μm 的Ni - P 合金包覆的 WC 颗粒复合涂层的磨损表 面形貌 SEM 照片 (载荷

140 N ,速度 1.

1 m/ s ,试验 时间

2 h) . 可以看出 :在滑动摩擦过程中 ,涂层首先 发生塑性变形和流动 ,同时由于受大气中氧的影响 , 在基体表面的铜合金极易被氧化 ,生成脆性氧化膜 , 在外加载荷压力的作用下 ,表面产生裂纹 ,当裂纹扩 展到一定程度时 ,基体合金流失 ;