激光熔覆Ni45 -CaF2-WS2自润滑涂层

 WS₂、CaF₂在不同温度下具有稳定的摩擦性能，是理想的复合涂层润滑材料。激光熔覆技术能在材料表面快速熔凝合成非平衡新材料，制备出减摩耐磨合金层，在现代化工业中不断显示强大的经济效益，引起学术界、工业界的极大重视。激光熔覆涂层断面组织由表及里依次为熔覆区、过渡区、热影响区、基材，不同成分和熔覆工艺对最终涂层组织形态有极大的影响据其EDX 显示，涂层表面(熔覆区)的Cr元素含量相对中间(过渡区)、界面(热影响区)的要高，说明该区有Cr的化合物富聚。随着CaF2含量的增加，熔覆区的疏松组织很明显，过渡区和热影响区组织致密，EDX显示该区富聚大量钨、钙、氧元素。当CaF₂ 总含量低于7.5%的Ni45-CaF₂-WS₂体系粉末激光熔覆时，CaF₂因密度小，在快速熔凝过程中，有很大一部分漂浮到涂层表面，增强了熔池的流动性，改善了激光熔体对基材的润湿铺展性能，形成较宽的单道涂层；而当CaF₂总含量超过7.5%时，熔池特性发生了改变，大量的CaF₂粉末阻碍了Ni45粉末的熔化，冷凝的金属没完全铺展开，形成窄的单道涂层。另外，随着WS₂含量增加，部分WS2 在高温分解、氧化成WO₃了，少量没被氧化成WO3的WS₂冷却后保留在涂层中，而WO₃进一步与离子化的CaF₂化合反应生成Gibbs自由能更低的CaWO₄，因其密度大而富聚在涂层的过渡区以下，减少了CaF₂上浮到熔池表面，改善了熔池的流动性。但当WS₂含量增大到15%时，熔池中没有CaF₂，涂层与基体的润湿性变差。Ni45自熔性合金粉中Cr 元素一定程度上促进了WS₂ 的分解，因为按照Ni、Cr、W、Fe 等与S形成化合物的Gibbs自由能可知，WS₂、Cr_xS_y、FeS、NiS 等的Gibbs自由能依次增加，见图10。尽管形成WS₂所需要的能量最少，但WS₂ 在5l0℃开始分解，导致S出现，因涂层中W含量远小于Cr含量，大量S与Cr发生反应生成低密度的CrxSy富聚在涂层表面；另外，部分Cr也会向Ni/WS₂界面扩散而反应产生CrxSy，并浮起在涂层的表面和中间富聚。至于涂层中没FeS、NiS的原因，一是形成FeS、NiS的自由能较CrxSy高，二是涂层粉末中Fe含量较少的缘故。至于涂层的摩擦性能，因WS2是层状结构，质软，低温润滑性能好，而CaF₂在500℃时，才由脆性向塑性转变，润滑性能逐渐增强，故低温时增加CaF₂的含量，对改善涂层摩擦性能并无多大帮助，但过多的WS₂使熔池的流动性能变差，WS₂分解量变多。当成分为Ni45-7.5CaF₂-7.5WS₂时，涂层中生成CaWO₄相及CrxSy相较其它组分的要多，而CaWO₄及CrxSy均有较好的摩擦性能，导致涂层的润滑性能、耐磨性能较好。

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