PDF《干摩擦条件下 WC 增强 Cu - Mn - Ni 复合涂层》

第22 卷第1期摩擦学学报Vol

22 , No

1 2002 年1月TRIBOLOGY Jan ,

2002 干摩擦条件下 WC 增强 Cu - Mn - Ni 复合涂层 的磨损性能研究 潘蕾1 , 陶杰2 , 吴申庆1 , 陈锋1 (1.

东南大学 材料科学与工程系 , 江苏 南京

210096 ;

2. 南京航空航天大学 材料科学与工程系 , 江苏 南京 210016) 摘要 :通过钎焊工艺在

45 # 钢表面沉积 WC 颗粒增强 Cu - Mn - Ni 复合涂层 ,考察了 WC 颗粒尺寸及含量对 WC/ Cu - Mn - Ni 复合涂层耐磨性能的影响. 实验结果表明 :在给定的试验条件下 , 当WC 颗粒质量分数为

30 %而平均粒 径为 150μm 时 ,复合涂层的耐磨性最佳 ;

WC 颗粒对复合涂层磨损过程及磨损机制具有显著的影响 ,磨损机理表现 为表面微突体间相互滑动产生塑性变形、 粘着、 脆性剥落及犁削. 关键词 :Cu - Mn - Ni 合金 ;

WC 颗粒 ;

钎焊涂层 ;

摩擦磨损性能 中图分类号 : TB334 文章标识码 :A 文章编号 :1004 -

0595 (2002)

01 -

0010 -

04 材料的磨损失效大多发生在表层 ,一般可采用 表面强化涂层来降低磨损 ,而不必改变整体材质 ,从 而显著地节约材料[1 ] . 常用的涂层制备技术有喷 涂、 沉积和电镀等 ,但相应的涂镀层与基体结合强度 较低、 残余应力和变形较大且强化层较薄. 与其它涂 层制备方法相比 ,钎焊具有结合强度高、 效率高以及 涂层厚度可任意调节等优点 ,已获得广泛应用[2 ,3 ] . 铜基复合材料具有优异的力学性能、 导热性和耐磨 性 ,已被用于铜基胎体金刚石石材加工工具的研究 和制备[4 ] ,但传统工艺成本较高且结合强度低. 本 文作者通过钎焊使 WC/ Cu - Mn - Ni 复合涂层实 现了冶金结合 ,旨在提供一种质优价廉的复合涂层 , 并通过探索性研究 ,为其在石材加工工具方面的应 用提供实验依据.

1 实验部分 1.

1 试验材料及试样制备 基材为

45 # 钢 ,钎焊合金为 Cu - Mn - Ni 合金 粉(29.

5 %~30.

5 %Mn ,5.

5 %6.

5 %Ni ,余量 Cu) . 为了提高增强相与 Cu - Mn - Ni 合金的界面结合强 度 ,选用 Ni - P 合金镀层包覆的 WC 颗粒作为增强 相[5 ] ,包覆层厚度为 2~3μm. 钎焊前 ,将45 # 钢表 面除油除锈 ,然后将合金粉与 WC 颗粒 (质量分数 分别为

10 %、

20 %、

30 %、

45 %和60 %) 混合并置于

45 # 钢表面预先经铣床加工形成的沟槽中 ,再将

45 # 钢工件放入真空炉内 ,预抽真空至

5 *

10 -

2 Pa , 以450 ℃ / h 的速度加热至

500 ℃,最后充入高纯氩 气至压力 2~3 Pa 并在

1 050 ℃ 下保温

20 min. 这样,即可通过钎焊工艺在

45 # 钢表面沉积厚度约为 4μm 的WC 颗粒增强 Cu - Mn - Ni 复合涂层. 1.

2 试验方法 采用文献[6 ]中的试验方法测定复合涂层的剪 切强度. 在自制的销 - 盘式摩擦磨损试验机上进行 滑动摩擦磨损试验 ,将经钎焊处理尺寸为 35μm * 20μm * 10μm 的45 # 钢试件(钎焊层厚度 4μm) 加 工成摩擦接触面尺寸为 20μm * 20μm 的试样. 选 用淬火 GCr15 钢偶件 ,其硬度为

62 HRC. 试样和偶 件表面粗糙度 Ra 均处于 1.

5 ~1. 9μm 范围内. 试 验条件为干摩擦 ,载荷为 40~140 N ,时间

2 h ,线速 度1.

1 m/ s. 以试样磨损质量损失 (取3次试验数据 的平均值) 来表征其耐磨性. 采用 J SM -

600 型扫描 电子显微镜观察分析磨损表面形貌. 基金项目 :江苏省应用基础目(BK2000003) . 收稿日期 :2001 -