Page 30 - 理化检验-物理分册2025年第一期

何 群，等：激光熔覆铁基涂层的显微组织和磨损性能

图 2 不同质量分数镍包铁基 WC 涂层的 XRD 图谱
图 4 30°和 90°冲刷力作用下基体与铁基涂层冲蚀磨损后的损失质量
和 90°冲刷力作用下基材的冲蚀磨损损失质量分别
为 0.09 g和0.12 g，与基材相比，30°和 90°下不含镍
包WC铁基涂层的冲蚀磨损损失质量分别为 0.035 g
和0.05 g，表明铁基涂层耐冲蚀磨损性能显著提升；
随着镍包WC质量分数的增大，涂层的冲蚀磨损损
失质量逐渐减少，耐冲蚀磨损性能进一步提高。质
量分数为30%的镍包WC铁基涂层在 30°和 90°冲刷
力作用下冲蚀磨损损失质量分别为0.02 g和0.03 g，
约为基材的1/5；涂层表面在90°高角度冲刷力作用
下更容易脱落，冲蚀磨损损失质量增大。

图 3 基材和不同质量分数镍包 WC 铁基涂层表面的显微硬度和 基材和铁基涂层在30°和 90°冲刷力作用下冲蚀
冲击吸收能量 磨损损失质量变化趋势一致，用基材和铁基合金涂
可见铁基涂层显微硬度和冲击吸收能量显著提高， 层在 90°下冲蚀磨损后的微观形貌变化 （见图5）来
表明铁基涂层的晶粒细化有助于材料的硬度和韧 进一步表征冲蚀磨损性能。由图5可知： 基材硬度低，
性同步提高。由物相分析结果可知：激光熔覆过程 其表面冲蚀磨损后出现明显的冲蚀坑，铁基合金涂
中部分镍包WC高温分解成W、C，与涂层合金元 层的显微硬度显著高于基材，有助于提高其抗冲蚀
素Cr和Fe发生化学反应，形成了Cr 23 C 6 、Fe 3 W 3 C、 磨损性能，冲蚀磨损坑深度明显减小；随着镍包WC
Fe 6 W 6 C硬质相，起到弥散强化作用；析出碳化物为 质量分数的增大，涂层表面硬度提高，使其冲蚀磨损
形核中心，促进二次枝晶形成，细化了涂层晶粒，起 性能进一步提高；质量分数为30%镍包 WC 铁基合
到细晶强化作用；弥散强化、细晶强化综合作用提高 金涂层表面未产生明显的冲蚀磨损痕迹。
了涂层的硬度。晶粒越细，塑性变形越均匀，内应力 基体与铁基涂层磨粒磨损后的质量损失如
集中程度越小；而且晶粒越细，晶界面越多，晶界越 图6所示。 基材的磨料磨损损失质量分别为 0.792 g，
曲折，晶粒与晶粒间犬牙交错的机会就越多，越不 与基材相比，铁基涂层磨粒磨损损失质量分别为
利于裂纹的萌生和扩展，晶粒与晶粒间就越紧固，韧 0.115 g，表明铁基涂层耐冲蚀磨损性能显著提升；随
性就越好，冲击吸收能量越大。同时，涂层晶粒细 着镍包WC含量增大，磨粒磨损损失质量逐渐减少，
化导致晶界处的位错吞噬、释放能力明显提高，涂 耐磨粒磨损性能进一步提升。质量分数为30%镍包
层的韧性增强。当镍包WC质量分数为30%时，铁 WC铁基涂层的磨粒磨损损失质量为0.028 g，约为

基涂层的显微硬度和冲击吸收能量达到最大，达到 基材的1/28，耐磨粒磨损性能显著提高。磨粒磨损
819 HV0.5和62.2 J。 是硬的磨（颗）粒或硬的凸出物在与摩擦表面相互接
图4为30°（磨料与涂层基材夹角）和90°冲刷力 触运动过程中，表面材料发生损耗的一个过程。材
作用下基体与铁基涂层冲蚀磨损后的损失质量。30° 料表面随硬质颗粒的压入和摩擦易发生磨损，磨损

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