● 摘要
磨损是材料失效最常见的方式之一，它引起材料的损失和能源的巨大消耗。在石油、化工、航空航天等领域，迫切需要能够在高温、腐蚀等严酷条件下承受强烈摩擦磨损作用的关键零部件。传统的金属和陶瓷材料尚存在许多问题。金属硅化物是一类性质介于金属和陶瓷之间的新型材料，它具有熔点高、密度低、强度高、抗氧化和蠕变等优异性能，并表现出优异的耐磨损性能。由于磨损过程都是从材料表面开始，因此，在材料表面引入一层具有良好耐高温、耐磨损性质的涂层是解决上述问题的最经济且有效的方法。本文以Ni-Ti-Si合金粉末为原料，进行了Ni16Ti6Si7合金铸锭的制备。测试了其机械性能。并利用激光熔覆技术在0Cr18Ni9奥氏体不锈钢及纯镍基材上制备了以Ni16Ti6Si7三元金属硅化物为主要组成相的耐磨涂层。用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等对涂层组织进行了分析，测试了其在高温干滑动条件下的磨损性能和抗氧化性能。研究结果表明：1．Ni16Ti6Si7三元金属硅化物合金铸锭具有较高的硬度(HV926)和高温强度(1000MPa)，但断裂韧性较低(1.9 MPa•m1/2)。2．用激光熔覆工艺在0Cr18Ni9不锈钢基体上制备了Ni16Ti6Si7/Fe, Ni涂层，在纯镍基材上制备了Ni16Ti6Si7/Ni3Ti涂层。涂层组织细小致密，具有较高的硬度。具有良好韧性的γ-Fe, Ni固溶体完全包裹了Ni16Ti6Si7三元金属硅化物，使得Ni16Ti6Si7/Fe, Ni涂层具有良好的强度、韧性配合。3．在高温滑动磨损实验结果表明，Ni16Ti6Si7/Fe, Ni涂层在轻载荷条件下磨损失重很小，耐磨性优于stellite合金。高载荷条件下磨损失重量迅速增加。涂层材料的磨损机理主要是脆性材料裂纹扩展引起的破碎剥落。4．高温抗氧化实验结果表明，Ni16Ti6Si7/Fe, Ni涂层具有优异的抗氧化性能。其1000℃，100小时循环氧化性能优于GH4698高温合金。涂层表面生成一层致密的TiO2膜。由于Ti的扩散，涂层内部形成了一层致密的Ni31Si12层，并与涂层紧密结合。涂层内部组织并未发生改变，硬度也没有下降，表现出良好的组织稳定性。