镍包石墨含量对TiN-Ni/G复合涂层组织结构和性能的影响

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Ti N涂层具有高熔点,高硬度,耐磨性和化学稳定性好的特点,然而Ti N属于脆性材料,在严重的冲蚀、磨损条件下易于脆断剥落,而且在摩擦过程中对摩擦副的损坏较大,从而限制Ti N的应用。为了利用Ti N的优异性能,本文用反应等离子喷涂的方法向Ti N涂层中加入固体润滑剂Ni/G以改善Ti N的摩擦磨损性能。优化了Ti N-镍包石墨(Ni/G)涂层的制备工艺,用SEM分析了Ti N-Ni/G涂层的微观组织,测试了涂层的摩擦磨损性能,在不同的磨蚀介质中测试了复合涂层的耐磨蚀性能。采用显微硬度和磨损失重为评价指标采用正交试验优化涂层制备方法。以显微硬度为参考标准时,最优工艺为镍包石墨含量为8wt.%,喷涂功率为30 k W,喷枪距离为100 mm。以磨损失重为参考标准时,最优工艺为镍包石墨含量为11wt.%,喷涂功率为30 k W,喷枪距离为100 mm。因此,喷涂功率为30 k W、喷枪距离为100 mm时复合涂层的性能最好。等离子喷涂制得的Ti N-Ni/G复合涂层表面孔隙较少,致密度也较高,石墨在涂层中的分布比较均匀。镍、石墨和Ti N两相之间结合性良好。复合涂层的主要相为Ti N、Ni、C和少量的Ti3O。随着镍包石墨比例的增加,Ti3O峰的高度下降,说明Ni/G增加有利于抑制Ti3O的产生。Ti N-Ni/G复合涂层的表面主要元素为Ti、C、N、O和Ni元素。涂层表面有C-N键和N-(Ti,C)键,表明有一部分C代替N进入Ti N晶格。随着Ni/G含量增加,断口形貌起伏变大,颗粒状组织增多,断口表面有韧窝出现,涂层的断口形式由脆性断裂变成韧性断裂和脆性断裂结合。加入Ni/G后,Ti N-Ni/G复合涂层的显微硬度降低,复合涂层的硬度均在1000 HV0.2左右,加入量为8wt.%时,复合涂层硬度值最高。随着喷涂功率增加,不同含量的复合涂层的摩擦系数均呈下降趋势,喷涂功率为30 k W时摩擦系数最低。随着Ni/G含量增加,复合涂层磨损量呈先上升后下降趋势。Ti N-11wt.%Ni/G复合涂层的耐磨损性能最佳。在Si O2砂粒和不同腐蚀介质组成的泥沙中测试复合涂层的耐磨蚀性能。磨蚀液p H=4时,Ti N-11wt.%Ni/G涂层的质量损失最低;p H=7时,质量损失趋势同上;p H=10时,各含量的复合涂层质量损失趋势基本相同。随着p H值增大,复合涂层的质量损失表现出减小趋势。Ti N-11wt.%Ni/G复合涂层的耐磨蚀性能最优。
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