摘 要
运用激光熔覆技术制备的 WC 颗粒增强 Ni 基合金涂层以优良的耐磨性能在当前得到了广泛应用。然而 Ni 基合金与 WC 硬质相之间存在较大的性能差异，WC 容易沉积于结合界面，出现应力集中并产生裂纹等问题。制备 WC 含量从表面至界面呈梯度分布的 Ni/WC 复合涂层，则可以较大地缓解热应力，有效解决涂层裂纹问题，并获得优异的力学性能。
本文主要研究利用多层叠加激光熔覆制备 WC 颗粒增强 Ni 基合金梯度涂层。通过优化激光熔覆工艺得到良好的涂层成形效果，并利用预热措施有效解决裂纹问题，同时观察分析涂层的微观组织，测试其力学性能，最终得到性能优异的 WC 颗粒增强 Ni 基合金梯度涂层。研究结果表明，单道熔覆过程中，随 WC 含量增加，熔覆层的稀释率逐渐增大，熔覆层上部 γ-Ni 枝晶先粗化后变细，熔覆层下部的 γ-Ni枝晶组织由于稀释率增加而持续增多。不同 WC 含量的单道熔覆层中，WC 溶解形成的碳化物析出后分别以树枝状、块状与粒状等形态存在。单道熔覆层平均硬度随 WC 含量的增加而增加，当 WC 质量分数增加到30%时，熔覆层平均硬度可达到基体的 4.3 倍。对基板采取 350 ℃预热可取得比较理想的熔覆效果，与未预热时相比，350 ℃预热条件下Deloro60 搭接熔覆涂层裂纹完全消除，且熔覆层硬度下降的程度很有限，可作为制备梯度涂层一个良好的基础。在此基础上制备的 WC 颗粒增强 Ni 基合金梯度涂层的微观组织主要由 γ-Ni 枝晶，γ-Ni、Ni3B、Ni3Si等组成的多元共晶及弥散分布的 M6C、M23C6、M7C3、CrB 等强化相构成。Ni/WC 梯度涂层中从下往上随 WC 含量增加而形成的强化相数量逐渐增多，种类也呈现出有层次的分布, γ-Ni 枝晶则逐渐减少。Ni/WC 梯度涂层的显微硬度从界面到表面连续增大，表面最高硬度可达到 1400HV，约为基体硬度的 8 倍。各梯度亚层的显微硬度均高于相应成分的单道熔覆涂层，整个梯度涂层平均显微硬度达 960 HV，约为基体硬度的 5.6 倍。摩擦磨损试验结果显示，Ni/WC 梯度涂层表面的耐磨性可达到 CCS-B 基材的 3.8 倍，显示了优异的耐磨性能。
关键词：激光熔覆，梯度涂层，镍基合金，碳化钨
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