摘要
等离子熔覆技术是利用等离子弧作为热源在工件表面制备一层耐磨熔覆层，从而提高材料表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，具有延长材料使用寿命，降低生产成本等优点。本课题采用等离子同轴送粉熔覆技术在3Cr13马氏体不锈钢基体表面制备Fe基熔覆层和TiC增强Fe基熔覆层，对比分析Fe基熔覆层与10wt.%TiC、20wt.%TiC、30wt.%TiC的TiC/Fe基熔覆层的组织形貌、相组成、结晶形态以及显微硬度、耐磨性、耐腐蚀性。探究TiC添加量对TiC/Fe基熔覆层组织形态、相组成、显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性的影响规律。 结果表明，Fe基熔覆层中的物相主要是α-Ferrite、Fe-Cr固溶体和(Fe、Cr)7C3，而TiC/Fe基熔覆层中的物相主要是α-Ferrite、Fe-Cr固溶体、TiC、(Fe、Cr)3C2、(Fe、Cr)7C3。Fe基熔覆层是以α-Ferrite为基体相，(Fe、Cr)7C3为强化相的结构；TiC/Fe基熔覆层的基体相也是α-Ferrite，但由于TiC的添加，强化相的种类增加，分别是Fe-Cr固溶体、TiC、(Fe、Cr)3C2、(Fe、Cr)7C3多种化合物为强化相。两种熔覆层在熔合区都形成冶金结合。Fe基熔覆层熔合区组织为平面晶，底部为胞状晶，中部以树枝晶和胞状晶为主，表面为细小的等轴晶。TiC/Fe基熔覆层熔合区的组织为平面晶，中部和上部以胞状晶为主。TiC/Fe基熔覆层有未完全熔解的原始TiC和重新析出的TiC，弥散分布于熔覆层中。析出的TiC可以作为(Fe、Cr)7C3形核核心，促进熔覆层中(Fe、Cr)7C3的形成。熔覆层的显微硬度与基体的相比均有明显提高，且随着TiC添加量增加，提高量相应增大。在研究范围内，TiC添加量从0增加到30wt.%时，熔覆层显微硬度从基体的1.60倍增大到1.87倍。分析认为，熔覆层中未熔TiC以及生成的其它碳化物相作为硬质相提高了熔覆层硬度，而熔覆层中的硬质相随着熔覆粉末中TiC的添加量的增加而增多，因此熔覆层平均显微硬度随着熔覆粉末中TiC添加量的增加而逐渐提升。室温摩擦磨损试验结果表明，Fe基熔覆层与10wt.%TiC、20wt.%TiC、30wt.%TiC的TiC/Fe基熔覆层的耐磨性能相比于基体分别提高了50%、75%、83%、92%。Fe基熔覆层的磨损机制主要是磨粒磨损与粘着磨损，TiC/Fe基熔覆层的磨损机制主要是磨粒磨损，熔覆层中的未熔TiC和硬质相抵抗磨损的效果显著，因此熔覆层磨损量随着TiC含量的增多而逐渐减小。电化学试验结果表明，各熔覆层中，基体的自腐蚀电位Ecorr最小，钝化区宽度也小，所以Fe基熔覆层和TiC/Fe基熔覆层的耐腐蚀好于基体。30wt.%TiC的TiC/Fe基熔覆层的自腐蚀电位Ecorr最大，自腐蚀电流密度Icorr最小，耐腐蚀最好。
NETL