彭竹琴，盧金斌，王會誼，孫克楠，寧亞軍

（1.中原工學院，鄭州450007；2.洛陽朗力硬面材料有限公司，洛陽471000）

以等離子弧為熱源，在普通材料表面噴焊高性能合金層，此材料表面強化技術具有合金材料消耗少、可噴焊各種合金粉末材料、成本低、生產效率高、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，因而在石油、化工、水電、礦山、機械、冶金等諸多領域應用也越來越廣泛，并取得了顯著的經濟效益［1－5］.鈷基合金具有較高的強度、良好的抗熱疲勞、抗熱腐蝕和耐磨蝕性能，且有較好的焊接性.為提高軋機灰口鑄鐵導衛(wèi)板表面的硬度、耐磨性及耐熱性，延長導衛(wèi)板的使用壽命，本文采用等離子噴焊技術在成本低廉的HT250灰鑄鐵基體表面噴焊Stellite6鈷基合金粉末制備涂層，并分析涂層的顯微組織、硬度和耐磨性能，為其實際應用提供理論依據和實踐指導.

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

試驗基材為150mm×30mm×25mm的HT250灰鑄鐵；以Stellite6（－140～＋320目）鈷基合金粉末作為噴焊材料，其化學成分如表1所示.

表1 Stellite 6合金粉末的化學成分 wt%

噴焊前將Stellite6鈷基合金粉末在120℃下烘干2h，試樣表面除油、除銹.采用PTA－400E1－ST通用型粉末等離子噴焊機進行噴焊處理.為獲得最佳噴焊工藝，經過系列工藝試驗，選擇工藝參數為：離子氣流量1 8 0L／h，送粉器流量7 4 0L／h，保護氣流量300L／h，送粉電壓12V，工作電流135A，行走速度45mm／min，焊槍擺幅 14mm，擺頻 36Hz，噴距12mm.涂層成形良好，表面光滑、連續(xù)，涂層致密，無宏觀氣孔、裂紋等缺陷.涂層厚度約3.5mm，寬度約15mm.

1.2 試驗方法

采用 MM－6型金相顯微鏡（OP）和附帶OXFORD能譜儀的JSM－5610LV掃描電鏡（SEM）觀察分析涂層的組織，利用X’pert MPD Pro X射線衍射儀（XRD）分析涂層的物相組成.利用MH－6型顯微硬度計測試涂層剖面的顯微硬度，載荷4.9N.在MM200磨損試驗機上對涂層和基體試樣進行環(huán)－塊磨損試驗，試樣尺寸為15mm×10mm×10mm；對磨試樣為W18Cr4V，硬度為60～62HRC.試驗條件為：主軸轉速200r／min，載荷196N，干摩擦2h.耐磨性比較采用失重測量法，測重之前，用丙酮、甲醇清洗，在100℃下保溫2h烘干，然后在FA2104型萬分之一電子天平上進行失重測量.

2 試驗結果與分析

2.1 涂層組織分析

涂層組織如圖1所示，其中圖1（a）、（b）分別為涂層上部和涂層與基體結合處的金相組織.從中可以看出，涂層組織均勻細小，主要呈枝晶生長特征，為與沿散熱相反方向生長的典型的柱狀樹枝晶.從圖1（a）還可以看出，接近表層的樹枝晶變更為細小，方向也變得雜亂，說明在涂層表層，柱狀樹枝晶已轉變成等軸樹枝晶，在該區(qū)域，組織更均勻致密.如圖1（b）所示，由于基體表面一薄層熔化，當熔池因熱量沿基體向外散熱而發(fā)生凝固時，界面上形成生長方向與界面近似垂直的共晶萊氏體組織［6］.

圖1 涂層金相組織

圖2所示為涂層的X射線衍射圖.從圖2可知，涂層中的物相主要由γ—Co和（Cr，F(xiàn)e）7C3相組成；結合圖1可以判斷，其中白色樹枝晶為γ—Co，黑色組織為γ—Co與（Cr，F(xiàn)e）7C3形成的共晶組織.

圖2 涂層X射線衍射圖譜

圖3所示為涂層放大后的SEM組織.從圖3可知，其中黑色相為γ—Co，白色相為（Cr，F(xiàn)e）7C3.由于固溶體的電位低于碳化物的電位，γ—Co已被腐蝕凹下去，而碳化物凸出來.

圖3 涂層的SEM組織

由圖1可知，涂層快速凝固時為亞共晶組織，呈枝晶生長特征.在熔池快速凝固過程中，先析出初生枝狀晶γ—Co固溶體；在繼續(xù)冷卻過程中，在已形成的一次晶軸之間，由于存在溫度梯度和濃度起伏，出現(xiàn)了二次晶軸.當熔池溫度冷卻到共晶溫度時，在枝晶間剩余的液相發(fā)生共晶轉變，生成細小的由γ—Co與（Cr，F(xiàn)e）7C3組成的共晶體，共晶組織中的共晶化合物（Cr，F(xiàn)e）7C3主要呈平行短棒狀，且聯(lián)合成網狀分布［7－8］.

2.2 涂層的顯微硬度分析

圖4所示為涂層橫截面的顯微硬度分布曲線.從圖4可知，涂層硬度分布均勻，基本分布在590～680HV0.5之間，涂層與界面的結合區(qū)——基體側形成萊氏體組織，基體的顯微硬度為200～220HV0.5.由此可知，涂層的顯微硬度明顯高于基體硬度，表明HT250噴焊Stellite6鈷基合金粉末后，硬度得到明顯提高.

圖4 涂層橫截面的顯微硬度分布曲線

2.3 涂層的耐磨性能分析

對涂層試樣和基體試樣進行室溫干滑動磨損對比測試，基體試樣的失重量約為涂層的5.5倍，表明涂層的耐滑動磨損性能得到了明顯提高.涂層的耐磨性能與材料的顯微組織形態(tài)、結構、晶粒大小、硬度、表面狀態(tài)等多種因素有關［9］.分析認為，涂層中分布有高硬度的硬質相（Cr，F(xiàn)e）7C3，同時具有良好塑韌性的γ—Co基體在磨損過程中可對耐磨增強相（Cr，F(xiàn)e）7C3起到有力的支撐和連接作用，充分發(fā)揮耐磨增強相的抗磨骨架作用，而且γ—Co固溶體還可以作為磨粒的“收容所”；涂層快速加熱及快速凝固產生的細晶強化作用，賦予涂層優(yōu)良的強韌性結合，特別是在受到外力時，表層細小的等軸晶可以提高變形抗力，阻斷裂紋發(fā)展，使涂層在磨損過程中不致于產生開裂和顯微剝落現(xiàn)象，尤其是能防止其產生整體脫落；界面基體側的萊氏體硬化層能對涂層起到強有力的支撐作用.上述因素是使涂層硬度和耐磨性能顯著提高的主要原因［10－11］.

3 結 語

（1）選擇合適的工藝參數，在HT250灰鑄鐵基體上噴焊Stellite6鈷基合金粉末，可以獲得與基體呈良好冶金結合的涂層，涂層表面光滑、連續(xù)，無宏觀氣孔和裂紋.

（2）涂層組織均勻細小，呈枝晶生長特征，主要由γ—Co和（Cr，F(xiàn)e）7C3相組成；在涂層與基體界面結合區(qū)形成了細小的共晶萊氏體組織.

（3）涂層截面硬度均勻，可達590～680HV0.5，明顯高于基體硬度200～220HV0.5；基體試樣的失重量約為涂層的5.5倍.涂層中大量高硬度的（Cr，F(xiàn)e）7C3相的抗磨骨架作用以及涂層快速加熱及快速凝固產生的細晶強化作用，使涂層具有較高的硬度及良好的耐滑動磨損性能.

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