原位合成M23C6-WC双相碳化物协同增强激光熔覆层摩擦磨损行为的研究

作者：李剑锋; 朱真才^*; 彭玉兴; 沈刚; 李翔

来源：摩擦学学报, 2021, 41(06): 843-857.

DOI：10.16078/j.tribology.2020262

• 激光熔覆技术
• M23C6-WC双相碳化物
• 热力学
• 凝固过程

选用W-Fe60-C合金粉末作为原材料,利用激光熔覆技术以最佳工艺参数(激光功率1.5 kW、扫描速度4 mm/s和送粉率10 g/min)在16Mn钢表面制备M23C6-WC (M:Cr, W, Fe)双相碳化物增强铁基熔覆层,并对其微观结构与物相进行表征,以及在商用铁基合金数据库的基础上,使用Thermo-Calc软件进行热力学计算来研究熔覆层的凝固过程.此外,还对比研究了纯Fe60合金熔覆层、WC增强铁基熔覆层和M23C6-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的显微硬度和摩擦磨损行为.结果显示:M23C6-WC双相碳化物增强铁基熔覆层主要以α-Fe枝晶为基体、W、WC和M23C6复合碳化物为增强相. M23C6碳化物以连续网状结构分布在α-Fe枝晶间,WC颗粒以残留W为形核核心生长成块状分布在熔覆层中.微观结构结合热力学计算结果表明:激光熔覆过程中M23C6-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的凝固过程为液态+W→液态+W+WC→液态+W+WC+γ-(Fe,Ni)枝晶→W+WC+γ-(Fe,Ni)枝晶+M23C6→W+WC+α-Fe枝晶+M23C6.根据显微硬度和磨损率测试可知:M23C6-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的平均显微硬度为835.3 HV0.5,比纯Fe60合金涂层(604.6 HV0.5)和WC增强铁基熔覆层(658.9 HV0.5)分别增加了约230 HV0.5和180 HV0.5. M23C6-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的磨损率为3.44×10-6 mm3/(N·m),比纯Fe60合金熔覆层[8.51×10-5 mm3/(N·m)]和WC增强铁基熔覆层[7.98×10-6 mm3/(N·m)]分别减少了约24.7倍和2.3倍.

• 单位
  机电工程学院; 中国矿业大学; 中国矿业大学（北京）