摘要:分析了高频、中频感应熔涂Ni60涂层的显微组织。结果表明,高频感应熔涂Ni60涂层与基体形成了良好的冶金结合,在涂层与基体之间存在明显的扩散转移层。高频感应熔涂涂层组织均匀细致,有丰富的增强耐磨性的硬质相。相比之下,中频感应熔涂涂层基本上均为针状组织,形成贫铬区倾向较大。
关键词:高频感应熔涂;中频感应熔涂;Ni60涂层;组织
感应熔涂技术是在工件基体上预先制备合金涂层,然后利用感应线圈中的交变电磁场在工件当中产生涡流,借助涡流的趋肤效应产生的热量来熔化涂层,从而使涂层和基体形成冶金结合,达到强化基体表面的工艺。目前国内外这一研究领域的报道较少。笔者经广泛查询后发现,大多文献中均采用热喷涂方法预制涂层,然后进行感应熔涂,而且频率均集中在10kHz量级[1,2]。然而,预涂方法采用直接将合金粉末冷涂于工件上,然后采用中、高频率加热的感应熔涂技术,目前国内外还未见有关研究资料发表。本试验对经冷粘结预制的涂层进行中、高频感应熔涂后的组织进行了研究和比较。
1 试验方法
试验所采用的主要设备是GP100型电子管式感应加热设备和自行设计的熔涂机床,感应加热设备的振荡功率100kW,输出加热功率85kW,外接电源3相交流、380V、50Hz,可调振荡率范围90～300kHz,感应器为10mm紫铜管,截面形状为近似圆形,管中通有冷却水,感应器距工件的间隙为2.5～3.5mm。试验用基体材料为45钢。感应熔涂涂层材料为Ni60合金粉末,粒度140～320目,化学成分见表1（略）。涂层预制备前试样表面先用碱液清洗,后用棕刚玉喷砂,涂层的预制备笔者采用自配的粘结剂将粉末冷粘结在基体上,经烘干后直接感应熔涂。试样尺寸为40mm×500mm,制备试样两根,涂层在试棒上长度为300mm,涂层厚度均为0.6mm。
2 结果与分析
图1（略）给出了Ni60合金粉末冷粘结预涂高频感应熔涂涂层全貌的显微组织照片。图2分别是涂层底部、中部和顶部的显微组织照片。
由图1（略）和图2（略）可以看出,涂层从底部到顶部分布着一些针条状、块状组织,涂层靠近基体的部位针条状组织稠密,往涂层中部逐渐稀疏,到顶部则针条状组织基本消失,组织趋于均匀化。这是由于粘结涂层的界面处涡流较大,因而底层温度较高,处于熔融态时段长,相比之下,顶部的温度低,再加上与外部空气接触,冷却速度快,因而非晶组织多,组织均匀化。
图3（略）是对涂层黑色块状组织的X射线能谱成分分析,说明该部位为Ni,Cr,Fe,Si的固溶体。图4是涂层的X射线衍射图。再结合以前研究者的结果[3～5],可以知道,该灰黑色阴影团块为富含Cr的化合物。因富铬区为片状,因此就整体而言,产生周围贫铬的趋势较小。
结合X射线衍射图,涂层中的硬质相主要是Cr7C3和CrB。
由以上X射线衍射分析、显微组织照片及能谱分析可知,涂层的组织主要是在Ni的固溶体上分布着块状组织、碳化物及硼化物硬质相。同时,Cr的主要形态为碳化物和硼化物,这使涂层有丰富的耐磨相,成为涂层具有良好耐磨性的基础。
从图1还可以看出,高频感应熔涂涂层与基体的结合部是一条白亮带。这一白亮带是涂层和基体组织相互扩散的结果,说明了涂层和基体的良好结合。出现白亮带是感应熔涂的一个特征。
参考文献[6]中的铁基合金粉末感应熔涂中也出现了白亮带,称之为扩散转移带(DTB),并且分析了DTB的形成。认为,DTB是在超过1000℃的高温下涂层元素向基体奥氏体中扩散,快速冷却时,涂层元素留在基体中的结果。笔者曾对感应熔涂过程中的涡流分布做过研究,知道由于涂层与基体的特性差异,在涂层与基体的界面处涡流很大,因而界面处温度较高,这一原因应该是高频感应熔涂中形成明显白亮带的主要原因。
白亮带的形成说明了高频感应熔涂涂层和基体呈现良好的冶金结合。
图5（略）是中频感应涂层显微组织。可以看出,涂层内几乎全部为针条状组织。
图6（略）是中频感应熔涂Ni60涂层X射线面扫描图。可以看出,富铬区沿针状组织分布,且密度大,由于针状组织多,所以整体造成的贫铬倾向大。
3 结论
(1)高频感应熔涂Ni60涂层与基体形成了非常良好的冶金结合,在涂层与基体之间形成了扩散转移层。
(2)高频感应熔涂Ni60涂层组织均匀细致,气孔率极小,有丰富的增强耐磨性能的硬质相。
(3)高频感应熔涂涂层形成贫铬区的倾向小,而中频感应熔涂涂层形成贫铬区倾向大且涂层组织基本上均为针状组织。
参考文献：（略）
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