碳化铬/铁基自熔合金复合涂层真空反应钎涂

0I:10.13374/i.issn1001053x.2006.01.012 第28卷第1期 北京科技大学学报 Vol.28 No.1 2006年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2006 碳化铬/铁基自熔合金复合涂层真空反应钎涂 裴新军1)黄继华1)张建纲1) 魏世忠2) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)河南省耐磨材料工程技术研究中心，洛阳471003 摘要以纯铁粉、硅粉、硼铁粉、铬铁粉、胶体石墨及镍粉为原料，通过真空反应钎涂在低碳钢基 体上制备了碳化铬/铁基自熔合金复合涂层，涂层表面光滑、平整且与基体为治金结合.应用扫描 电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪及显微硬度计，研究了涂层的组织结构、成分分布和硬度分布. 结果表明：涂层为复合结构，其组织由Fε-Ni固溶体基底和原位合成的六棱柱Cr3C2相组成.涂层 与基体间存在过渡区，过渡区内元素和硬度呈梯度分布：涂层表面硬度可达85HR15N以上， 关键词反应钎涂；碳化铬；复合涂层；铁基自熔合金 分类号TG457.1 钎涂技术是利用液态钎料合金在基体金属上料中作为粘结相的钎料合金和作为硬质相的陶瓷 润湿和铺展而在基体表面形成一种具有特殊性能 相都是预先合成的，轩涂材料成本高，且涂层中的 的涂层的材料表面加工技术1-3]，利用钎涂技术 陶瓷相粗大、分布不均匀，陶瓷/金属结合过渡区 既可以制备具有特定性能的金属涂层，也可以采 易受污染，涂层性能不够稳定 用陶瓷（如碳化物、硼化物、氧化物等）和金属（或 本文以钛铁粉、硼铁粉、铬铁粉、硅粉、胶体石 合金)的混合粉末作为钎涂材料方便地制备陶瓷/ 墨及镍粉等为原料，利用钎涂温度下原材料组元 金属复合耐磨涂层，与传统的涂层技术相比，钎 间的反应原位合成碳化铬和稳态液相铁基合金 涂技术具有如下优点：(1)涂层与基体之间为冶金 (相当于液态钎料)，在低碳钢基体上反应钎涂了 结合，结合强度高；(2)涂层中陶瓷相含量范围宽 碳化铬/铁基自熔合金复合涂层，并用X射线衍 (0%~70%)且组织均匀、致密、孔隙率低；(3)可 射、扫描电镜、能谱和显微硬度计分析了涂层的相 制备的涂层厚度范围大，既可制备50~60um的 组成、微观结构、成分分布和硬度分布. 薄涂层，也可获得3~4mm的厚涂层；(4)涂层表 面光滑、质量好、加工精度高，对于一般应用只需 1实验材料和方法 少量加工甚至无需加工；(5)材料利用率高.采用 实验用原材料为硅粉、铁粉、胶体石墨、硼铁 钎涂技术制备陶瓷/金属复合涂层所存在的主要 粉（含B18.64%)、铬铁粉（含Cr70.05%)和镍 问题是可供选择的涂层材料有限.虽然理论上钎 粉，粉末粒度都在-300目以下.为了能在较低 涂技术可以制备各种陶瓷/金属复合涂层，但由于 温度下制备高硬度的碳化铬/铁基合金复合涂层， 受到陶瓷硬质相与作为粘结相的钎料合金之间的 涂层中粘结相（相当于轩料）成分按铁基自熔合金 润湿性匹配和钎涂本身工艺特点的制约，实际上 设计，增强相C3C2的理论含量按50%（体积分 可用于钎涂的陶瓷与金属（合金）组合非常有限. 数)设计，经过优化所得到的涂层原料配比（质量 目前用于钎涂的陶瓷相仅限于WC(包括钴包碳 分数)为：铁，1.1%；硼铁，5.6%；铬铁，64.1%；石 化钨WC一Co),Cr3C2等，钎料合金仅限于镍基钎 墨，6.7%；硅粉，1.8%；镍，20.7%.原料粉末按 料(BNi82 CrBSiB,BNi76CrP)等[39].另外，采用 表1配料并添如适量有机粘结剂和酒精，经混合 现有钎涂技术制备陶瓷/金属复合涂层时，钎涂材 球磨（球料比为4：1）24h制备成料浆.钎涂实验 基体材料为50mm×40mm×2mm的低碳钢板， 收搞日期：2004-11-24修回日期：2005-05-27 钎涂表面经砂纸打磨去除氧化膜后用无水乙醇清 基金项目：河南省杰出人才创新基金资助项目(No.0421001000) 作者简介：裴新军(1969一)，男，博士研究生；黄继华(1962一)， 洗.将混合好的浆料均匀地涂覆在低碳钢板表 教授，博士生导师 面，涂覆厚度为0.4~1mm.涂覆好涂层原料的 试样在烘干箱中烘干

第 2 8 卷 第 1 期 2 0 0` 年 i 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o ur n a l o f U u i v esr i ty Of cS ie cen a n d T eC h on 卜唱y eB 劝i gn V o l . 2 8 N 0 . 1 J an . 2 0 0 6 碳化铬 / 铁基 自熔合金复合涂层真空反应钎涂 装新 军 ` ) 黄 继华` ) 张 建纲 ` ) 魏世 忠 2) 1 ) 北京 科技大学材料科学与工程学院 , 北京 1 0 0 0 83 2) 河南省耐磨材料工程技术研究中心 , 洛阳 4 7 1 D03 摘 要 以纯铁粉 、 硅粉 、 硼铁粉 、 铬铁粉 、 胶体石墨及镍 粉为原料 , 通过真空反应 钎涂在低碳钢基 体上制备 了碳化铬 /铁基 自熔合金复 合涂 层 , 涂层表面光滑 、 平整且 与基 体为冶金 结合 . 应用扫描 电子显微镜 、 能谱仪 、 X 射 线衍射仪及 显微硬度计 , 研 究了涂层的组织结构 、 成分分布 和硬 度分布 . 结果表明 : 涂层为复合结构 , 其组织 由 F e 一 iN 固溶体 基底和 原位合成 的六棱柱 sCr q 相组成 . 涂层 与基体间存在过渡区 , 过 渡区 内元 素和硬度呈梯度分布 ;涂层表面硬度可达 85 H R 1 5N 以上 . 关祖 词 反 应钎涂 ; 碳化铬 ; 复合涂层 ; 铁基 自熔合金 分类号 T G 4 5 7 . 1 钎涂 技术是 利用液 态钎 料合金 在基体金属上 润湿 和铺展 而在基体表 面形 成一种具 有特殊性能 的涂 层的材 料 表面加 工 技 术〔’一 利 用 钎涂 技术 既可 以制 备具 有 特 定性能的金属 涂 层 , 也 可 以采 用陶 瓷 (如碳 化物 、 硼 化物 、 氧化 物等 ) 和 金 属 (或 合金 )的混合粉末作为钎涂 材料方便地 制备陶瓷 / 金属复合耐磨涂层 . 与传统 的涂层技 术相 比 , 钎 涂技术具有如 下优点 : ( 1) 涂层与基体之 间为冶 金 结合 , 结合强度高 ; ( 2) 涂 层 中 陶瓷 相 含量 范 围宽 ( 0 % 一 7 0 % ) 且 组织 均 匀 、 致 密 、 孔 隙率低 ; ( 3) 可 制备 的涂层 厚度 范 围 大 , 既可 制备 50 一 60 拌m 的 薄涂 层 , 也可获得 3 一 4 m m 的厚涂 层 ; ( 4) 涂 层表 面 光滑 、 质量好 、 加 工 精度高 , 对于一 般应 用 只需 少量 加工 甚至无 需加工 ; ( 5) 材料利用 率高 采用 钎涂 技术制备陶 瓷 / 金 属复合涂层 所 存在的 主要 问题是可供选 择 的涂层材 料有限 . 虽 然理 论上 钎 涂技术可以制备各种陶 瓷 / 金属 复合涂 层 , 但 由于 受到 陶瓷硬质相与作为粘结相的钎料合金之 间的 润湿性 匹配和 钎涂本 身工 艺特点 的制约 , 实际 上 可用 于钎涂的 陶瓷与金属 (合金 ) 组 合非 常 有 限 . 目前用于钎徐 的 陶瓷 相仅 限于 W C (包括 钻 包 碳 化钨 w C一 oC ) , C r3 q 等 , 钎 料合金仅限于镍基 钎 料 ( B N is Z e 出s iB , B N i7 6 e r P )等 [ ” , ] . 另 外 , 采 用 现有钎涂技术制备陶瓷 /金 属复合涂层 时 , 钎涂材 收稿 日期 : 2 0 0 4 一 1 1 一 2 4 修回 B 期 : 2 0 0 5 一 0 5 一 2 7 荃金项 目 : 河南省杰出人才创新基金资助项 目( N 。 , 0 4 2 10 01 0 0 0) 作者简介 : 裴新军 〔19 6 9 一 ) , 男 , 博士 研究生 ; 黄 继华 ( 1 9 62 一 ) , 教授 , 博士生导师 料中作为粘结相的钎料合金和 作为硬质相的陶瓷 相都是预先合 成 的 , 钎涂 材料成 本高 , 且涂 层 中的 陶瓷相粗 大 、 分布 不均 匀 , 陶 瓷 / 金属 结合过 渡区 易受污染 , 涂层 性能不够稳定 . 本文 以钦铁粉 、 硼铁粉 、 铬铁粉 、 硅粉 、 胶体石 墨及镍粉等为原 料 , 利用 钎涂温度 下 原 材 料组 元 间的反应 原位合成 碳 化铬 和 稳 态 液 相 铁基 合金 (相 当于液态钎 料 ) , 在低碳钢基体上 反应 钎 涂 了 碳化铬 / 铁基 自熔 合金 复合涂 层 , 并 用 X 射线衍 射 、 扫 描电镜 、 能谱和显 微硬度计分析了涂 层 的相 组成 、 微观结 构 、 成 分分布和硬度分 布 , 1 实验材料和方法 实验用原材 料为 硅 粉 、 铁粉 、 胶 体石墨 、 硼 铁 粉 (含 B 1 8 . 6 4 % ) 、 铬 铁 粉 ( 含 C r 7 0 . 0 5 % ) 和 镍 粉 , 粉末粒度都 在 一 3 0 目以 下 . 为 了能在 较低 温 度下制 备高硬 度的碳化铬 /铁基合金 复合涂 层 , 涂层 中粘结相 (相当 于钎料 )成分 按铁基 自熔合金 设计 , 增强 相 C r3 q 的理论 含 量按 50 % (体积 分 数 )设 计 . 经过优化所得到 的涂 层原 料配 比 (质量 分数 ) 为 : 铁 , 1 . 1 % ; 硼铁 , 5 . 6 % ; 铬 铁 , 64 . 1 % ; 石 墨 , 6 . 7 % ; 硅 粉 , 1 . 8 % ; 镍 , 2 0 . 7 % . 原 料粉末按 表 1 配 料并添加适量 有机 粘结剂和 酒 精 , 经 混合 球磨 (球料 比为 4 : 1) 24 h 制备成料浆 . 钎涂 实验 基体材料为 5 0 m m 义 4 0 m m x 2 m m 的低碳钢 板 , 钎涂表 面经砂 纸打磨去 除氧化 膜后 用无水 乙 醇清 洗 . 将 混 合好的浆 料均 匀 地 涂 覆 在 低 碳 钢 板 表 面 , 涂 覆厚 度 为 0 . 4 一 1 m m 涂 覆好 涂 层 原料 的 试样在 烘干 箱 中烘 干 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2006. 01. 012

Vol.28 No.1 裴新军等：碳化铬/铁基自熔合金复合涂层真空反应钎涂 ·49· 钎涂在钽电阻丝加热的真空炉中进行，当抽 宽度与六边形相差别不大.黑色六边形相形状为 真空至炉内气压为3.0MPa时，以预定的加热规 六边形或不规则的多边形，尺寸大小不一，最大的 范加热.钎涂加热规范为：室温-1200℃加热时 间120min,然后在1200℃保温30min,最后在真 空炉内以20~25℃·min1的速率随炉冷却 钎涂涂层经切片制备金相试样，采用扫描电 镜(SEM)观察涂层显微组织，X射线衍射仪和能 谱KEVEX Sigma分析系统(EDS)分析涂层的相 组成；用显微硬度计测定涂层的硬度分布，载荷为 1.96N,加载时间10s;用光学表面洛氏硬度计测 试涂层表面硬度 围2涂层横截面的SEM照片 2 实验结果及分析 Flg.2 SEM micrograph of the cross-section of the coating 反应钎涂所得涂层颜色为银白色，表面光亮 平整，无宏观裂纹和气孔，表明涂层原材料曾经形 成了稳定的液态.由于涂层原材料为单质或合金 粉末，理论上是按照在铁基自熔合金中添加体积 分数为50%C3C2设计的；因此，在钎涂过程中， 涂层原材料组元之间将会相互发生反应.反应产 物中可能出现FeC,FeC,(Fe,Cr),C3,CrC, Cr3C2,Fe-Ni,(Fe,Ni)等，至于是哪种，主要取决 于以上这些物质的生成自由能和热力学条件.图 1是经反应钎涂制备的涂层的XRD谱图.可以 图3涂层典型组织的SEM照片 看出，涂层主要由(Fe,Ni)固溶体和Cr3C2组成 Fig.3 SEM micrograph of the typical microstructure of the 由此可知，在本实验条件下，最有利于生成(Fe, coating Ni)和Cr3C2 在8um以上，最小的不足5um.结合XRD和 3500 EDS分析，可以推知黑色条状相和黑色六边形相 3000 B-(Fe,Ni) C-Cr;Cz 是相同的Cr3C2相，形状为六棱柱形.由于在涂 层中的取向不同，因此在观察截面中表现为不同 2000 的形状和尺寸. 图4是反应仟涂制备的碳化铬/铁基自熔合 500 金复合材料涂层与基材结合区的SEM照片.图4 0上 2030405060708090100 显示，涂层与低碳钢基体之间存在着一薄层过度 20) 区，厚度约为40μm,不含Cr3C2只由白色粘结相 图1涂层的XRD谱图 Fig.1 X-ray diffraction pattern of the sample coating 图2为反应钎涂制备的碳化铬/铁基自熔合 金复合材料涂层横截面低倍SEM照片.从图2 可以看出，整个涂层组织均匀、致密、无气孔及无 裂纹. 反应钎涂制备的碳化铬/铁基自熔合金复合 材料涂层典型组织的SEM照片如图3所示，在 背散射成像条件下涂层组织由白色相、黑色的条 状及黑色六边形相组成.黑色条状相的长度大多 图4涂层过渡区的SEM照片 数在10-30um之间，最长的在30um以上，但其 Fig.4 SEM micrograph of the transition zone of the coating

V ol 。 2 8 N o . l 裴新军等 : 碳化铬 / 铁蕃 自熔合金 复合涂层真空反应钎涂 钎 涂在钮电阻丝 加热 的真 空炉 中进行 . 当抽 真空至炉 内气压为 3 . 0 M P a 时 , 以 预 定 的加热 规 范加热 . 钎涂加 热规 范 为 : 室 温 一 1 2 0 0 ℃ 加热 时 I’ig 12 0 m i n , 然后 在 1 2 0 0 ℃ 保温 3 0 m i n , 最后 在真 空炉 内以 2 0 一 2 5 ℃ · m in 一 `的速 率随炉 冷却 . 钎涂 涂 层经切 片制备金 相试样 , 采用扫 描 电 镜 (sE M )观察涂 层显 微 组织 , X 射线衍 射仪和 能 谱 K E V E x iS g m a 分析系 统 ( DE )S 分析 徐 层 的相 组 成; 用显 微硬度计测定涂层 的硬度分 布 , 载荷为 1 . % N , 加 载时 间 10 5 ; 用光 学 表面 洛氏硬 度计测 试 涂层表 面硬度 . 宽度与六边 形相差 别不大 . 黑色 六边形 相形状为 六边 形或 不规则 的多边形 , 尺寸 大小 不一 , 最大 的 2 实验结果及分析 反应钎涂所 得涂 层 颜 色 为银 白色 , 表 面 光亮 平整 , 无 宏观裂纹 和气 孔 , 表明涂层 原材料曾经形 成了稳 定的液 态 . 由于涂层 原 材料为单质或合金 粉末 , 理论 上是 按照在 铁基 自熔合金 中添加 体积 分数为 50 % c r3 q 设计 的 ; 因此 , 在钎涂 过 程 中 , 涂层原 材料组 元之 间将会相 互 发生反应 . 反应 产 物 中 可 能 出 现 F e C , F e几 , ( F e , C r ) 7马 , C 7t 几 , C 3r q , eF 一N i , ( F e , N i) 等 , 至于是哪种 , 主要 取 决 于 以上 这些物质的生 成 自由能和热力学 条 件 图 1 是经反 应 钎涂 制备 的涂 层 的 X R D 谱图 . 可以 看出 , 涂层 主要 由( eF , N i) 固溶体和 C r3 q 组 成 . 由此 可知 , 在 本 实验 条 件下 , 最 有 利于 生 成 ( F e’ N i ) 和 C r 3 q · 图 2 涂层横截面的 sE M 照片 叭 9 . 2 S E M 耐仁, 『 . p卜 of t触 c , 以明 ·别兄性诬ou of t触 阴月叱 图 3 涂层典型组织的 S E M 照片 F i息 . 3 SE M m i c刊卿m帅 o f t触 t冲i喇 耐 c n 招t ucr t眼 o f t七e c。时 lug 3 5 0 0 3 0 0() 2 5 X() 2 0 0 0 1 50() 1 0 0 50 0 0 2 B一任 e ,N i) C一 C几 C Z 。 科比 图 l 涂层的 X R D 谱图 .x ar y dj f n’ a e t月曲 aP tt e r . of t触 朋 . p l e 幽” 飞 在 8 拌m 以 上 , 最 小 的不 足 5 拌 m . 结合 xR D 和 E D S 分析 , 可 以推知 黑色 条状相 和黑 色 六 边形 相 是相 同的 c r3 q 相 , 形状 为六 棱 柱 形 . 由于在徐 层 中的取向不 同 , 因此 在 观察截面 中表 现 为 不 同 的形状和 尺寸 , 图 4 是反 应钎 涂制备 的碳化铬 / 铁 基 自熔 合 金 复合材 料涂 层与基 材结合区的 S E M 照片 . 图4 显示 , 涂层 与低 碳 钢基 体之 间 存在 着 一薄层过度 区 , 厚度约为 40 拌m , 不含 c r3 q 只 由白色 粘结相 撼七侧嗽ǎà 3 0 4 0 50 6 0 7 0 8 0 90 10 0 2创 0 ) 图 2 为 反应钎 涂制备 的碳化铬 /铁 基 自熔 合 金复合材料 涂 层 横截面低 倍 SE M 照 片 . 从 图 2 可以看出 , 整 个 涂层组织 均 匀 、 致 密 、 无气孔 及 无 裂纹 . 反应钎 涂制备的碳 化铬 /铁基 自熔 合金 复合 材料涂层典 型 组织 的 S E M 照 片如 图 3 所 示 . 在 背散射成像条件下涂 层组 织 由白色 相 、 黑色 的条 状及黑色六 边形相组成 . 黑 色条 状相的长度大多 数在 10 一 30 拌m 之间 , 最 长的在 30 拌m 以上 , 但其 图 4 涂层过渡区的 s EM 照片 F五9 . 4 SE M m 奋c 找甩r a p h Of t肠e t r a n 目i t i o . oz ne of t恤 湘 t ign

·50 北京科技大学学报 2006年第1期 (e,Ni)构成.涂层过渡区中各种元素的能谱线 Ni含量的变化较大.Fe含量的变化与Ni、Cr和 扫描分析结果如图5所示.结果表明，在过渡区 Si相反.Fe,Ni,Cr和Si含量在过渡区的变化反 内，Ni,Cr和Si这三种元素的含量从涂层到基体 映出，过渡区是由钎涂过程中基体中的Fe向涂层 都呈现下降的趋势，Si,Cr含量变化比较平缓，而 中扩散而形成的 图5涂层过渡区线扫描SEM照片 Fig.5 SEM micrographs of the interface of the coating with Cr,Ni,Si and Fe Ke X-ray tine scanning 低碳钢表面反应钎涂制备的碳化铬/铁基自 度.涂层表面宏观硬度值在85HR15N以上 熔合金复合材料涂层沿层深方向的显微硬度分布 3 曲线如图6所示.图6中的曲线按照变化趋势可 结论 分为三段，即涂层区、过渡区和基体区，过渡区内 (1)以钛铁粉、硼铁粉、铬铁粉、胶体石墨和 显微硬度的变化与合金元素的分布相似，也呈明 镍粉等为原料，通过反应钎涂技术于低碳钢基体 显的梯度分布.过渡区中显微硬度的这种分布有 上制备了碳化铬/铁基自熔合金复合涂层.涂层 利于降低涂层与基体之间的应力，提高其结合强 表面光滑平整，与基体为冶金结合， 900 (2)涂层组织由Fe-Ni固溶体基底和原位合 800f 成的六棱柱Cr3C2相组成. % (3)涂层与基体之间存在一过渡区，过渡区 600 内的元素和显微硬度呈梯度分布.涂层的表面硬 500 度达到85HR15N以上. 300 参考文献 200 [1]张启运，庄鸿寿.钎涂手册.北京：机械工业出版杜，1999： -100 0100 200 449 距界面距离m [2]Dustoor M R,Moskowitz L N.A new process for customized 图6涂层沿层深方向显微硬度分布 coatings.Thin Solid Films,1983,108(1):29 Fig.6 Microhardness profile of the coating [3]Lim S C,Gupta M,Goh Y S,et al.Wear resistant WC-Co composite hard coatings.Surf Eng,1997,13(3):247

北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 6 年第 1 期 ( F e , N i) 构 成 . 涂 层 过 渡 区 中各种元 素的 能谱线 扫描 分析结果如 图 5 所 示 . 结果表 明 , 在 过 渡 区 内 , N i , C r 和 iS 这三种元 素的含 量从涂 层 到基体 都呈 现下 降的趋 势 , iS , C r 含量 变化 比较平缓 , 而 N i 含量 的 变化较 大 . F e 含量 的 变化 与 N i 、 C r 和 is 相反 . F e , iN , C : 和 iS 含 量在 过 渡 区的变化反 映出 , 过渡 区是 由钎徐过程中基体中的 F e 向涂层 中扩散而形成的 . 图 5 涂层过渡区线扫描 sE M 照片 F i g . 5 S EM 耐 c or 歹a P卜s o f t卜e iat e fr a ce o f t址 咖 t igU 初 t h C r , N i , S i a n d eF K . X · , y li配 s c a n n i呢 低 碳钢表 面 反应 钎涂 制备的碳化铬 /铁基 自 熔合金复合材料涂层沿 层深方向的显微硬度分布 曲线如图 6 所示 . 图 6 中的曲线按照变化趋 势 可 分为三段 , 即涂 层 区 、 过渡 区和 基体区 . 过渡 区 内 显微硬度的变化与合金 元 素的分布 相似 , 也 呈 明 显的梯度分布 . 过渡 区中显 微硬 度的这种 分布有 利于降低涂层 与基体之 间的应 力 , 提 高其结 合强 涂层表面宏 观硬 度值在 85 H R 15 N 以 上 . 结论 一 ( 1) 以 钦铁粉 、 硼 铁 粉 、 铬铁粉 、 胶 体 石墨 和 镍粉等为 原料 , 通 过 反 应钎涂 技 术于低 碳 钢基 体 上制 备了碳 化铬 /铁基 自熔合金 复 合涂 层 . 涂 层 表面光 滑平整 , 与基体为 冶金结合 . ( 2) 涂 层组织 由 F e 一 N i 固溶体基 底和原 位合 成 的六棱 柱 c r3 q 相组 成 . ( 3) 涂 层与 基 体之 间 存 在 一过 渡 区 , 过 渡 区 内的元素和 显微硬度呈 梯度分布 . 涂 层的表 面 硬 度达 到 8 5 H R 1 5 N 以上 . 主 . 侧写招叫 距界面距离 /林m 图 ` 涂层沿层深方向显徽硬度分布 F ig . ` M i c r o b ar d n e S P or n l e o f t h e e o a t l n g 参 考 文 献 【I J 张启运 , 庄鸿寿 . 钎涂手册 . 北京 : 机械工业 出版社 , 19 9 : 4 4 9 [ 2 」 D u s t co r M R , Mos ok w i t z L N . A n e w p r oc es s f o : c u s t om 踢de c o a t i n g s T h i n oS li d F II猫 , 1 98 3 , 1 0 8 ( 1 ) : 2 9 [ 3 」 L im s C , G u p t a M , 肠h Y s , e t a l . w e a : r es i s t a n t w e 一 co e o m阳 s i t e h ar d co a t i n g s . S u fr E ng , 1 9 9 7 , 13 ( 3 ) : 2 47

Vol.28 No.1 裴新军等：碳化格/铁基自熔合金复合涂层真空反应仟涂 ·51· [4]Lu S P,Kong O Y.Microstructure and bonding strength of [7]陆善平，郭义，陈亮山.WC一Co/WC一N/WC钎涂徐层 WC reinforced Ni-base alloy brazed composite coating.Surf 耐磨性研究.表面技术，1999,28(3)：19 Coat Technol,2002,153(1):40 [8]陆善平，董秀中，吴庆，等，NiCrBSi--WC耐磨纤涂涂层 [5]Lu S P,Kong O Y,Guo Y.Wear behavior of brazed WC/ 的制备.金属学报，1999,35(1)：82 NiCrBSi(Co)composite coatings.Wear,2003,254:421 [9]陆善平，郭义，陈亮山.(wC-Co/NiCrBSi)钎焊涂层结合 [6]陆普平，郭义.钎涂工艺对WC一Co/NiCrBSi复合涂层性 机制及磨损性能研究.材料科学与工程，1999,17(2)：46 能的影响.材料研究学报，1999,13(2)：187 Chromium carbide/Fe-based self-fluxing alloy composite coatings produced by vacuum reactive braze coating PEI Xinjun,HUANG Jihua,ZHANG Jiangang,WEI Shizhong?) 1)Materials Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Henan Engineering Research Center for Wear of Material,Luoyang 471003,China ABSTRACT Using carbon,iron,silicon,ferrochromium,ferrotitanium and nickel powder as the raw ma- terials,chromium carbide/Fe-based composite coatings with an even and smooth surface were prepared by vacuum reactive braze coating,which combined with a mild steel substrate by a metallurgical bonding.The phase structure,composition distribution and hardness distribution of the coatings were studied by means of scanning electron microscopy (SEM),energy dispersive spectrum(EDS),X-ray diffraction (XRD)and microhardness testing.The results showed that the coating had a composite structure,and the microstruc- ture of the coating consists of an Fe-Ni solid solution matrix and in-situ synthesized hexagon prismy CraC2. There was a transition zone between the coating and the substrate,in which chemical elements and micro- hardness had a gradient distribution.The surface hardness of the composite coating was high up to 85HR15N. KEY WORDS reactive braze coating;chromium carbide;composite coating;Fe-based self-fluxing alloy

V o l . 2 8 N o . 1 装断军等 : 碳化铭 /铁荃 自熔合金复合涂 层真空反应钎涂 [ 4 〕 L u S P , K o gn 0 Y . M ic ors t ru e t u re an d ob n d i吃 s t re n g t h of W C r e i n of r e de N i ~ b as e al l o y b池 e d co m p o s i t e e o a t ign S u r f C oa t l ’ c 七. 目 , 20 0 2 , 15 3 ( l ) : 4 0 L u S P , K o 叩 O Y , G ou Y . Waer b e h a v ior o f b arze d W C / N IC r B S i ( oC ) e o m p o s l t e c o a t i呢 5 . w aer , 2 0 0 3 , 2 54 : 4 2 1 陆善平 , 郭 义 . 钎涂 工艺对 W C一0 州N IC r BS i 复合 涂层性 能的影响 . 材料研究学报 , 19 9 , 1 3 ( 2) : 1 57 陆普平 , 郭 义 . 陈亮 山 . w C一众/ w C 一iN / w C 钎涂涂 层 耐磨性研究 . 表面技术 , 19 9 , 2 8( 3) : 19 陆善平 , 童 秀中 , 吴庆 , 等 . NI C迁巧i一w C 耐磨钎涂 涂层 的制备 . 金属学报 , 19 9 9 , 35 ( i ) : 5 2 陆菩平 , 郭 义 , 陈亮 山 . ( WC e oC / N ic r BS i ) 钎焊涂 层结合 机制及磨摄性能研究 . 材料科学与工程 , 19 9 , 17 ( 2) : 46 , J., J. 、`J es 78 r .`尸LL. r.L 0护 , . ,J. 气ú`O ù.L r. C h r o m i u m c a r b id e / F e 一 b a s e d s e lf 一 fl u x i n g a ll o y e o m p o s it e e o a t i n g s P r o d u e e d b y v a e u u m r e a e t i v e b r a z e e o a t i n g 咫I 爪nj u n l ) , H以N G J￡入u a l ) , Z HA N G J i a n 邪 n g l ) , w E z s 人1 2 入o n g Z ) 1 ) M a t e ir al s 阮i e cn e an d E gn i n e n n g cS h o l , U in v e r s i t y of cS i e cn e a n d T ce h n o l o g y Be ij i飞 , 压劝i嗯 10 0 0 8 3 , Cih an 2 ) H aen E昭 i n er i n g R aes r e h eC n t e r of r W ae r of M a t e ir al , L u o y a n g 4 7 10 0 3 , C b i n a A B S T R A C T U s i雌 e a r b o n , i r o n , s i li e o n , f e r or e h or m i u m , f e r or t i t a n i u m a n d n i e k e l 卯w d e r as t h e r a w m a - t e r i al s , C h or m i u m e a r b i d e / F e 一 b as e d e o m p o s i t e e o a t i眼 5 w i t h a n e v e n a n d s mo t h s u fr a e e we r e p r e p a er d b y v a e u u m r e a e t i v e b r a z e e o a t i飞 , w h i e h e om b i n e d w i t h a m ild s t e el s u b s t r a t e b y a m e t a ll u r g i e al b o n d in g . T h e p h a se s t r u e t u r e , e o m p o s i t i o n d i s t r ib u t i o n a n d h a r d ne s s d i s t r i b u t i o n o f t h e e o a t i n g s w e r e s t u d i e d b y m e a n s o f s e a n i n g e l e e t or n m i e or s e o p y ( SE M ) , e n e r g y d i s p e r s i v e s p e e t r u m ( E D S ) , X 一 r a y d if f r ac t i o n ( X R D ) a n d m i e or h a r d n es s t e s t i飞 . T h e r es u l t s s ho w e d t h a t t h e e o a t i n g h a d a e o m 卯ia t e s t r u e t u r e , an d t h e m i e or s t r u e - t u r e of t h e e o a t i n g co n s i s t s of a n F e 一 N i so li d so l u t i o n m a t r i x a n d i n 一 s i t u s y n t h e s i ez d h e x a g o n P ir s m y C几 q . T h e er w as a t ar n s i t i o n oz n e b e t we n t h e co a t i n g a n d t h e s u b s t r a t e , i n w h i e h e h e m i e a l el e m e n t s a n d m i e -or h a r d n e s s h a d a g ar d i e n t d i s t r i b u t i o n . hT e s u fr a e e h a r d n e s o f t h e co m p o s i t e e oa t i昭 w a s h ig h u p ot 8 5 H R 15 N . K E Y W O R D S r e a e t i v e b r a z e co a t i飞 ; e h r o m i u m e a br i d e ; e om p os i t e e o a t i n g ; F -e b as e d se lf 一 fl u x i飞 a ll o y