新型耐磨层真空钎焊工艺研究(附件)【字数：11353】
摘 要摘 要磨损是工件的主要失效形式之一，为了改善工件的耐磨性,往往采用在工件表面制备一层耐磨涂层的方法，传统的热喷涂和堆焊制备的涂层存在着很多的缺陷。目前，一种新型的耐磨涂层因为其良好的耐磨性被广泛的关注。本文研究的新型钎焊耐磨层指的是WC-10Ni钎焊耐磨层，试验选取五种不同的钎焊温度，分别为1025℃、1045℃、1065℃、1085℃、1105℃。通过硬度测试、剪切试验、摩擦磨损试验和微观组织观察，对涂层的硬度、耐磨性和涂层与基体的结合强度做了初步的探究，分析了不同钎焊温度对涂层和接头性能的影响。试验表明随着钎焊温度的升高，涂层的硬度、涂层与基体的结合强度发生了一定的变化。涂层的硬度从1045℃开始随着温度的升高而降低，1045℃钎焊温度下的涂层硬度最大为60.15HRC；涂层与基体的结合强度随着温度的升高而增强，1105℃时为最大值370MPa；新型钎焊耐磨层的耐磨性很好，在五种不同钎焊温度下，涂层表面的摩擦磨损失重均减小，呈现出较好的耐磨性。关键词耐磨材料；钎焊工艺；性能Abstract
目 录
第一章 绪论 1
1.1 硬质合金以及WC“金属布”的研究与发展 1
1.2 钎料 2
1.2.1 钎料的分类 2
1.2.2 高温钎料BNi2 3
1.3 将WC固结于母材表面的方法 3
1.3.1 热喷涂 3
1.3.2 堆焊 4
1.3.3 钎焊 4
1.3.3.1 高温钎焊 4
1.3.3.2 高温合金的钎焊 4
1.4 钎焊耐磨涂层的国内外研究现状 5
1.4.1国内研究现状 6
1.4.2 国外研究现状 6
1.5 本课题研究内容 7
第二章 试验设备及方法 9
2.1 WC耐磨涂层焊接性能的研究方法 9
2.1.1 试验材料和方法 9
2.1.2 试验设备 9
2.1.3 测试方法 13
2.1.3.1 硬度测试 13
2.1.3.2 摩擦磨损测试 13
2.1.3.3 剪切试验 13
2.2 显微组 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
织观察 14
2.2.1 涂层和截面金相组织观察 14
2.2.2 摩擦磨损磨痕和截面的SEM组织形貌观察 14
第三章 试验结果与分析 15
3.1 钎焊试样宏观形貌 15
3.2 WC钎焊耐磨涂层硬度测试 16
3.2.1 WC涂层的显微组织分析 17
3.3 WC钎焊涂层截面微观组织成分分析 19
3.3.1 涂层截面的光学显微观察 19
3.3.2 涂层截面的SEM观察 21
3.4 剪切试验 25
3.5 WC钎焊涂层的摩擦磨损试验 28
结 论 31
致 谢 32
参考文献 33
绪论
随着材料科学的不断发展，产品生产中对于工件的要求越来越高，研究的目的是为了使工件拥有良好的耐磨性，减少工件的摩擦磨损，使工作效率和产品的质量得到很大的提高。为了达到这一目的，科研人员也做出了很多的努力。目前，表面耐磨处理使用的最常见的方法有：堆焊、气相沉积法、热喷涂、硬质合金镶块等，但这些方法本身存在一定的缺陷。随着硬质合金的发现和“金属布”技术的完善，人们发现了另一种更好的方法来提高工件表面的耐磨性，一种新型耐磨涂层应运而生。
1.1 硬质合金以及WC“金属布”的研究与发展
硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，因为其具用极高的硬度、耐磨性和热硬性，被研究人员所关注。硬质合金可用于制造切削工具和耐磨零部件，在军工、航天航空、机械加工、等领域也有广泛应用。未来高新技术武器装备制造、尖端科学技术的进步以及核能源的快速发展，将大力提高对高技术含量和高质量稳定性的硬质合金产品的需求。每种材料自身都有其优缺点，硬质合金也不例外。硬质合金虽然具有高硬度、高耐磨性等优点，但同时也存在脆性高、韧性差等缺点。因此将硬质合金制造成形状复杂的制品非常困难，成本也很高，其应用范围受到极大的限制。用焊接的方法将硬质合金镶嵌在钢基体上使用，能够很好解决硬质合金形状简单、成本高、尺寸有限、韧性差等不足，这样便扩大了硬质合金的应用范围，具有重要的实用价值[1]。
“金属布”技术是20世纪80年代国外发展起来的一种新型表面涂层技术[24]，所谓的“金属布”指的是金属粉末与成型剂混合形成的具有良好柔韧性的物质，然后将“布”，通过冲、剪、切的工艺，做成所需涂覆区域的形状，然后复合到各种钢基体表面, 经液相烧结处理使金属工件表面获得所需耐磨、耐蚀性能，而内部保持良好韧性的技术。柔性“金属布”涂层技术具有的优点有：①制备简单②涂层性能可调③涂层与基体结合牢固④节省材料等优点，该技术具有广泛的推广应用价值。目前国内外的主要研究领域是钢铁表面硬化用的柔性“金属贴布”涂层的制备，而且已经在航空、航天、石油、化工、机械、汽车等许多领域获得应用。美国利用柔性“金属贴布”涂层技术取代热喷涂技术在石油钻机轴及钻杆表面制备耐磨涂层；在内燃机零件—汽门摇臂上开发了WCFe系涂层技术；德国制造的FeMoMnC系双金属摇臂获1992年欧洲粉末冶金协会发明大奖，年产量达数百万件。近年来，随着生产领域对涂层精度和耐磨性能提出的更高要求，采用钎焊原理固结的WC涂层逐渐引起人们的重视。钎焊工艺制备的 WC 涂层用WC作为涂层内部的骨架材料和耐磨涂层的强化材料[5]。磨损是许多工件失效的主要形式，由此导致机械装置工作效率降低，工件维修更换频繁，产品质量降低，材料消耗增加等问题，造成的经济损失是巨大的。在工业上，WC硬质合金因为其良好的硬度和耐磨性常常被应用在易磨损的部件。本文所研究的新型耐磨层就是这种特种包覆涂层。
1.2 钎料
钎料是钎焊时的填充材料，被钎焊件依靠熔化的钎料连接起来，钎料本身的性能及其与母材间的相互作用在很大程度上决定了钎焊接头的性能。为了满足接头性能和钎焊工艺的要求，钎料一般应满足以下几个基本要求：
(钎料的熔化温度要比母材低，因此焊接时应根据母材的熔点选用合适的钎料;
目 录
第一章 绪论 1
1.1 硬质合金以及WC“金属布”的研究与发展 1
1.2 钎料 2
1.2.1 钎料的分类 2
1.2.2 高温钎料BNi2 3
1.3 将WC固结于母材表面的方法 3
1.3.1 热喷涂 3
1.3.2 堆焊 4
1.3.3 钎焊 4
1.3.3.1 高温钎焊 4
1.3.3.2 高温合金的钎焊 4
1.4 钎焊耐磨涂层的国内外研究现状 5
1.4.1国内研究现状 6
1.4.2 国外研究现状 6
1.5 本课题研究内容 7
第二章 试验设备及方法 9
2.1 WC耐磨涂层焊接性能的研究方法 9
2.1.1 试验材料和方法 9
2.1.2 试验设备 9
2.1.3 测试方法 13
2.1.3.1 硬度测试 13
2.1.3.2 摩擦磨损测试 13
2.1.3.3 剪切试验 13
2.2 显微组 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
织观察 14
2.2.1 涂层和截面金相组织观察 14
2.2.2 摩擦磨损磨痕和截面的SEM组织形貌观察 14
第三章 试验结果与分析 15
3.1 钎焊试样宏观形貌 15
3.2 WC钎焊耐磨涂层硬度测试 16
3.2.1 WC涂层的显微组织分析 17
3.3 WC钎焊涂层截面微观组织成分分析 19
3.3.1 涂层截面的光学显微观察 19
3.3.2 涂层截面的SEM观察 21
3.4 剪切试验 25
3.5 WC钎焊涂层的摩擦磨损试验 28
结 论 31
致 谢 32
参考文献 33
绪论
随着材料科学的不断发展，产品生产中对于工件的要求越来越高，研究的目的是为了使工件拥有良好的耐磨性，减少工件的摩擦磨损，使工作效率和产品的质量得到很大的提高。为了达到这一目的，科研人员也做出了很多的努力。目前，表面耐磨处理使用的最常见的方法有：堆焊、气相沉积法、热喷涂、硬质合金镶块等，但这些方法本身存在一定的缺陷。随着硬质合金的发现和“金属布”技术的完善，人们发现了另一种更好的方法来提高工件表面的耐磨性，一种新型耐磨涂层应运而生。
1.1 硬质合金以及WC“金属布”的研究与发展
硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，因为其具用极高的硬度、耐磨性和热硬性，被研究人员所关注。硬质合金可用于制造切削工具和耐磨零部件，在军工、航天航空、机械加工、等领域也有广泛应用。未来高新技术武器装备制造、尖端科学技术的进步以及核能源的快速发展，将大力提高对高技术含量和高质量稳定性的硬质合金产品的需求。每种材料自身都有其优缺点，硬质合金也不例外。硬质合金虽然具有高硬度、高耐磨性等优点，但同时也存在脆性高、韧性差等缺点。因此将硬质合金制造成形状复杂的制品非常困难，成本也很高，其应用范围受到极大的限制。用焊接的方法将硬质合金镶嵌在钢基体上使用，能够很好解决硬质合金形状简单、成本高、尺寸有限、韧性差等不足，这样便扩大了硬质合金的应用范围，具有重要的实用价值[1]。
“金属布”技术是20世纪80年代国外发展起来的一种新型表面涂层技术[24]，所谓的“金属布”指的是金属粉末与成型剂混合形成的具有良好柔韧性的物质，然后将“布”，通过冲、剪、切的工艺，做成所需涂覆区域的形状，然后复合到各种钢基体表面, 经液相烧结处理使金属工件表面获得所需耐磨、耐蚀性能，而内部保持良好韧性的技术。柔性“金属布”涂层技术具有的优点有：①制备简单②涂层性能可调③涂层与基体结合牢固④节省材料等优点，该技术具有广泛的推广应用价值。目前国内外的主要研究领域是钢铁表面硬化用的柔性“金属贴布”涂层的制备，而且已经在航空、航天、石油、化工、机械、汽车等许多领域获得应用。美国利用柔性“金属贴布”涂层技术取代热喷涂技术在石油钻机轴及钻杆表面制备耐磨涂层；在内燃机零件—汽门摇臂上开发了WCFe系涂层技术；德国制造的FeMoMnC系双金属摇臂获1992年欧洲粉末冶金协会发明大奖，年产量达数百万件。近年来，随着生产领域对涂层精度和耐磨性能提出的更高要求，采用钎焊原理固结的WC涂层逐渐引起人们的重视。钎焊工艺制备的 WC 涂层用WC作为涂层内部的骨架材料和耐磨涂层的强化材料[5]。磨损是许多工件失效的主要形式，由此导致机械装置工作效率降低，工件维修更换频繁，产品质量降低，材料消耗增加等问题，造成的经济损失是巨大的。在工业上，WC硬质合金因为其良好的硬度和耐磨性常常被应用在易磨损的部件。本文所研究的新型耐磨层就是这种特种包覆涂层。
1.2 钎料
钎料是钎焊时的填充材料，被钎焊件依靠熔化的钎料连接起来，钎料本身的性能及其与母材间的相互作用在很大程度上决定了钎焊接头的性能。为了满足接头性能和钎焊工艺的要求，钎料一般应满足以下几个基本要求：
(钎料的熔化温度要比母材低，因此焊接时应根据母材的熔点选用合适的钎料;
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