銅合金表面復(fù)合滲層的組織與性能研究.pdf

1、本文以高爐風(fēng)口為應(yīng)用背景，采用負(fù)壓鑄滲工藝在ZQA19-4銅合金表面制備了一層耐磨、耐高溫氧化WC/Ni復(fù)合耐磨材料、自潤(rùn)滑材料G/Ni和ZrO<,2>/Ni和SiC/Ni復(fù)合滲層，考察了復(fù)合滲層的組織結(jié)構(gòu)、元素分布、相組成、滲層表面和界面的硬度分布、滲層與基體的結(jié)合強(qiáng)度以及復(fù)合滲層的摩擦性能。結(jié)果表明： 復(fù)合滲層可分為表面復(fù)合層、粘結(jié)帶和擴(kuò)散層，復(fù)合合金粉料在高溫銅合金液的作用下可以熔化并與銅合金液熔合。復(fù)合滲層與基體之間粘結(jié)

2、帶的存在，增強(qiáng)了滲層的結(jié)合強(qiáng)度，起到緩沖和降低滲層應(yīng)力作用。增強(qiáng)顆粒分布均勻，滲層組織致密，界面結(jié)合良好。并且合金粉末元素從滲層表面到基體呈明顯的梯度變化；滲層組織主要由Ni-Cr固溶體、硬質(zhì)相CrB、CrB<,2>、Ni<,3>B、Ni<,31>Si<,12>和增強(qiáng)顆粒組成，將顯著的增強(qiáng)滲層的耐磨性能。 滲層表面硬度由HB130增加到HRC53；最大的顯微硬度達(dá)到HV1687。滲層界面顯微硬度從表面到銅合金基體呈連續(xù)梯度變化，

3、最大顯微硬度位于滲層的次表面。三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合滲層與銅合金基體在一定的位移范圍內(nèi)可保持一定的協(xié)同性。當(dāng)WC含量為50％時(shí)，滲層的性能最佳，抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到180 MPa和150MPa(抗壓、抗拉最大載荷位移分別為0.84KN、0.7KN和0.2mm、0.25mm)，分別以滲層表面的部分崩塌和表面裂紋的形式失效；對(duì)于G/Ni復(fù)合滲層在壓頭位移小于0.25mm時(shí)，復(fù)合滲層與Cu基體保持著一定的協(xié)同性(5％G復(fù)合滲層可承受

4、最大載荷為0.5KN)；而ZrO<,2>/Ni復(fù)合滲層隨著滲層中ZrO<,2>含量的增加，滲層的斷裂強(qiáng)度增加(25％ZrO<,2>滲層載荷為0.65KN，15％ZrO<,2>滲層載荷為0.4KN)，并且滲層與基體保持著一定的協(xié)同性(位移小于0.2mm)。 復(fù)合滲層明顯地增強(qiáng)了銅合金的耐磨性能。在載荷200N、300N和速度0.848m/s的條件下，Ni基滲層的磨損率比基體銅合金降低兩個(gè)數(shù)量級(jí)(從6.5×10<'-4>mm<'3>

5、/L和9×10<'-4>mm<'3>/L到1.12×10<'-2>mm<'3>/m和2.85×10<'-2>mm<'3>/m)，主要由于在摩擦過(guò)程中，摩擦熱導(dǎo)致銅合金基體軟化，從而降低其耐磨性能；而在0.848m/s、300N的條件下，WC/Ni滲層的磨損率較Ni基滲層的磨損率降低約一個(gè)數(shù)量級(jí)(從1.5×10<'-4>mm<'3>/L到9.0×10<'-4>mm<'3>/L)。而對(duì)于G/Ni復(fù)合滲層中石墨并不能有效的減小摩擦系數(shù)和降低磨

6、損，這主要是在試驗(yàn)過(guò)程中，摩擦熱導(dǎo)致摩擦環(huán)境的變化影響所致；但G的加入可有效的減小摩擦系數(shù)的波動(dòng)和穩(wěn)定摩擦系數(shù)。 對(duì)于SiC/Ni復(fù)合滲層，由于SiC顆粒能與Ni發(fā)生反應(yīng)，生成Ni-Si系列金屬間化合物和石墨(C)，從而在SiC顆粒表面到內(nèi)部形成類似富勒希結(jié)構(gòu)的組織。有效的增強(qiáng)了顆粒與基體的結(jié)合強(qiáng)度，同時(shí)生成的石墨C在摩擦磨損時(shí)，也可起到減磨耐磨的作用。以預(yù)制層毛細(xì)管內(nèi)流動(dòng)的液態(tài)基體金屬為分析單元，通過(guò)計(jì)算分析得出影響滲層形成的