0 引 言 感应重熔涂层与火焰重熔涂层相比,感应重熔具有工件受热小,能耗少,基材组织基本不受影响,成 本低,工人操作条件好等优点。为了使感应重熔工艺用于实际,作者对Co基涂层材料进行了感应 重熔试验,并通过光学金相分析,扫描电镜组织分析,X射线衍射分析,能谱成份分析,对重熔后 的涂层及过渡区的显微组织特征和主要元素的分布特征进行了实验测定,探讨了Co基涂层的感应重熔工艺性,为它的实际应用提供了一定的理论依据。1试验过程1.1涂层粉末材料 . 选用天津某所生产的Co基粉末,详见表1.表1 co基合金粉末化学成份及有关性能┏━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━┳━━━━━┳━━━━━┓┃ 牌 ┃ 化学成份/％ ┃ 粒度 ┃ 硬度 ┃ 熔点 ┃┃ ┣━━━━━┳━━━━┳━━━━┳━━━┳━━━━┳━━━━━━━┳━━━━━━━┫ ┃ ┃ ┃┃ 号 ┃ C0 ┃ Fe ┃ Cr ┃ Si ┃ W ┃ B ┃ C ┃ /目 ┃ Rc/ ┃ /‘C ┃┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃● ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃┣━━━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫┃ Co—02 ┃ 41、 ┃ 24 ┃ 29 ┃ 3 ┃ 1.8 ┃ O.5～1.2 ┃ O.7～1.4 ┃ —140 ┃ 40～80 ┃ 1200 ┃┗━━━━━━┻━━━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━┻━━━━┻━━━━━━━┻━━ ━━━━━┻━━━━┻━━━━━┻━━━━━┛山西矿业学院学报第13卷1.2试件基体材料试件基体为25.4 mrn直径的普通低碳钢管材。1.3感应加热器 本试验中,涂层厚度在1mm以内,故采用450 kHz为最佳频率Ⅲ,根据现有设备情况,选用我实验室功率为8 kW的高频感应加热器。感应圈采用彩8ram紫铜管,加热后弯成圆筒形,径向四层,轴向三匝,管内通冷却水。1.4试件制备 将管材先上车床车外圆至预定尺寸,用锉锉毛,然后使用常规的喷涂方法进行涂层的预涂覆。1.5加热过程 感应重熔时,感应圈固定不动,使试件移动,不进行专门预热。因为运动装置结构的原因,加热时先 使试件穿过感应圈,回程时使试件表面达到熔化温度。一个回合,往复一次即加热完毕。加热过程中用SCIT型红外光学测温仪测量涂层表面温度。1.6试样分析重熔后锯割下试样,进行显微硬度测试,光学显微分析,扫描分析,能谱分析和X射线衍射分析。2试验结果分析2.1重熔时元素的扩散及涂层的结晶 金属Co的熔点为1495 C,其居里点为1130 C,Fe的居里点为770 C,Co是铁磁性较强的材料。同时从金属电子理论来分析,当Co与Fe二元素组成二元合金时,Co,Fe元素均会提高对方的磁化强度,从而使由合金成份所决定的居里温度升高到1000C以上<引,也即Co基粉末为居里温度较高的铁磁性材料,其感应生热效果很好,熔化效果良好。本试件Co基涂层厚约O.4 mm,熔化时试件与感应圈间隙约1 mm,试件在感应圈内数秒即达白热状态。从图1可看到有平行于涂层——基体界面的一条过渡区和垂直于界面的柱状晶,这足以说明涂层已很好地重熔而重新结晶了。 图1 co基涂层光镜照片,右侧为基体,×256 图2 L、o基涂层电镜照片,×100 从电镜照片图2可看到,
涂层——基体界面处的过渡带是由两部分组成。其中一部分是带状固溶体区 ,另一部分是一条白亮线。它们的化学成份可由能谱分析得知,见图3和图4.第3期郝虎在等: Co基涂层的感应重熔特性从而可知,在界面处的白亮线上,含Fe量为79％(此百分数值为扣除掉拍照时所用腐蚀液的残余物的影响后而得,下同),远远高于涂层粉末中的249/6;含Cr量为6％,低于原粉末中的29％;含Co量为12％,也低于粉末中的41％.从 这些数据可判断这条白亮线乃是因为粉末中Cr,Co元素扩散进入基体而形成了一种以Fe为基 的固溶体组织。很显然,这一固溶体既不同于基材组织,又不同于涂层组织,可确定为是一种过渡 组织区域。图5和图6是Co,Cr元素的扩散分布情况,在本实验条件下,向未熔的基材方面大约扩散了几个微米。在平行于白亮线的涂层一侧的带状固溶体区,其含Fe量为41％,明显高于粉末中的24 9/5;其含Co量为40％,恰是粉末中的Co含量,由此可判知这一区域应是由粉末材料形成, 含Fe量高的原因则是由基材中Fe元素大量扩散进入该区所致。故这一区域也属于扩散过渡区的 一部分。从扫描电镜照片图7可看到Fe原子向Co基涂层内扩散了约几十微米。Fe向涂层中扩 散比Co向基体中扩散要大得多,这是由以下几个原因综合作用造成的:首先在涂层处于液态高温 时,Fe是从固相基体溶解于液态涂层,而Co则正相反,所以Fe的扩散要显著;其次在涂层处 于低温固相时Fe在Co中扩散的活化能要小于Co在Fe中扩散的活化能,尤其Co在a—Fe 中扩散很小∞>;再次,原子在运动晶界上扩散比在静止晶界上的扩散要快几个数量级,因而这几种因素都导致了Fe扩散进入涂层很远。结合X射线衍射分【).000B一5 VFS=4096 10.240 图3界面处长条晶粒能谱成份分析图4界iii~~t亮线上能谱成份分析图5界面处co元素线扫 描析谱图8及Co—Fe系二元状态图(图9)可判定这一区域的金相组织主要应是a一(Fe,Co)固溶体。在这一带状固溶体区中,cr含量为15％,低于粉末中的29％.结合图10的晶界成份能谱分析 及图6的cr元素扩散情况,可知在晶界上含Cr量高达54％,远远超过原粉末中的成份含量;再结合图8x射线衍射分析,可判定cr主要生成了碳化物及其它(二ocr,Fecr等金属间化合物且富集 于晶界,而晶内只有少量cr固溶于co,Fe基体内。结合硬度检测数据,富cr的co基固溶体其显微硬度为HV300～400也可为此辅证。关于W:在白亮线过渡区内没有w;在带状固溶体区内有1.21 9/6的w;在涂层内晶界上山西矿业学院学报第1 3卷有1.43％的w;在远离过渡区的涂层晶粒内(经能谱分析知),含w量为O.57％,明显 低于粉末含量1.8％,这些数据充分说明了w扩散不大,它主要与C形成了wc.其体中的c也 可能溶解进入涂层与w结合,使带状固溶体过渡区也可能保留1.21％的w,而在其它区域w主要分布在晶界上,晶内不多。综合上述,重熔后Co基涂层已进行了良好的再结晶,各主要元素均有一定的扩散,完全具备发生充分冶金反应的条件。2.2涂层显微硬度分析 感应重熔时间虽然很短,但对本试验来说,由于Co基涂层属铁磁材料,感生电流强,熔化效果好。 从图ll可看到,在徐层——基体界面的过渡区域处是涂层硬度分布的峰值出现处。这一现象表明 该区域靠近铁基材,受磁感应强度大,获得感应热大,因而温度高、熔合好,合金元素扩散充分, 原粉末材料中预计起强化作用的合金元素此时才真正地起到了强化作用。故该处硬度出现峰值。从 而也能判断此区其它力学性能指标也应较其它区域为好。由界面向涂层外部其硬度值逐渐下降,这是因受热逐步图t:界面处【’r元素分布曲线图7Fr元素在涂层内的分布情况┏━━━┳━━┳━━━┳━━━━┳━━━━━┳━━┳━┳━━━┳━━━┳━━━┓┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃┃ ┣━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━┻━╋━━━╋━━━╋━━━┫┃乓《 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ’J ┃ ┃ ┃ ┃┃ ┃鸶 ┃’ ┃ ┃ ┃ 985 ┃ ┃ ┃ ┃┣━━━┫ ┣━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━┳━╋━━━╋━━━╋━━━┫┃ ┃ ┃ ┃ .杉 ┃ :_,一 ┃ ┃ ┃ }之 ┃ 专 ┃ hh ┃┣━━━╋━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━╋━╋━━━╋━━━╋━━━┫┃ ┃ ┃ /| ┃ , ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 溪 ┃┣━━━╋━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━┻━━╋━╋━━━╋━━━┫ ┃┃ ┃f ┃ ┃ ┃ 730 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃┃ ┃ ┃ ┃ ┃^,’—、 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃┣━━━╋━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━┳━━╋━╋━━━╋━━━╋━━━┫┃ ┃| ┃ ┃ /C ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃┣━━━╋━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━╋━╋━━━╋━━━╋━━━┫┃ ┃ ┃ ┃ ┃ Fe ┃Co ┃ ┃ ┃ ┃ ┃┣━━━╋━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━╋━╋━━━╋━━━╋━━━┫┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃┣━━━╋━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━╋━╋━━━╋━━━╋━━━┫┃I ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃┣━━━╋━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━╋━╋━━━╋━━━╋━━━┫┃;| ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃┗━━━┻━━┻━━━┻━━━━┻━━━━━┻━━┻━┻━━━┻━━━┻━━━┛ 图8界面处X射线微区衍射图谱及分祈 图9(:o—Fe系状态囝变小,熔合效果逐步变差所致。2.3重熔后组织特征及界面结构 本试验设备是高频加热器,所以能获得高的功率密度,即能够使热量迅速地集中在一个局部区域内, 在不影响材料其它部分的情况下达到涂层重溶之目的。在重熔过程中试件没有发生变形,而仅仅改 变了涂层及涂层与基体结合面上的冶金性能。从前述图、谱可知,在涂第3期郝虎在等:(:o基涂层的感应重熔持性圉10涂层内晶界能谱分析(距界面约20”m) 图11 在垂置于涂层截面上的硬厦分布不意图层重熔结晶后已表现出铸造组织的某些特点,原来粉末的形貌已荡然无存了。 由于各主要元素发生了一
More abstracts about the Co基涂层的感应重熔特性