摘 要
表面涂层技术对于提高金属零件的表面性能、延长服役寿命具有重要作用，特别是通过外加陶瓷颗粒于金属基中形成表层复合材料可以很大幅度地提高耐磨性，这是目前耐磨涂层的研究热点，在各类增强颗粒/金属基(SiCp/Ti、SiCp/Al、WCp/Ni、WCp/Co 等)复合体系涂层研究上也获得了进展。众多的表面工程技术之中，等离子堆焊作为一种效率高、成本不高且涂层质量良好的表面熔融工艺，在工业生产中应用广泛。目前通过该技术已经在 WC 增强铁基复合涂层上获得了良好研究成果，但 WC 价格高使得此涂层使用成本大，本文尝试采用低廉的SiC 代替 WC，研究其与铁基合金的表层复合情况。
为提高 SiC 稳定性，本文首先通过 PIRAC 预涂覆工艺在 SiC 颗粒表面生成保护覆层。用金属粉(Cr/Ti)在高温真空环境下对 SiC 反应涂覆，之后颗粒被由硅化物(Cr3Si/Ti5Si3)和碳化物(Cr7C3、Cr23C6/TiC、Ti8C5)组成的反应层包裹，且碳化物和硅化物在覆层中规律排列分布，呈多层膜式结构。
通过等离子堆焊技术获得的涂层与衬底结合紧密、界面平整、成型性良好，无宏观裂纹等缺陷。铁基合金涂层组织主要由 α-(Fe,Cr)初生相和少量 α+碳化物共晶组成，底部结晶形态为平面晶、以上为不规则胞状晶。铁基+Cr-SiCp同步送粉堆焊组织中，颗粒完全分解，Cr 涂覆未能显示出保护 SiC 效果。Cr-SiCp分解导致合金组织中共晶数量增加，晶体生长形态也受影响，当 Cr-SiCp添加量为 2.5%时组织中出现明显树枝晶；当含量达 5%时，组织从亚共晶变为过共晶。对 Cr-SiCp进行后送粉，堆焊涂层中 SiC 未完全分解，表层 SiC 分布较多且保存完整。Cr 涂覆显示出保护 SiC 效应。但由于密度低，SiC 仅能达到涂层浅层处，且内部 SiC 颗粒数量较少、损伤严重。受 Cr-SiCp分解影响程度不同，基体组织不均匀，从涂层上部至底部差别较大，不同区组织显示出与 x%Cr-SiCp同步送粉组织的相似性：涂层上部基体为过共晶组织，中部典型树枝晶，下部与铁基合金组织相同。铁基合金+Ti-SiCp同步送粉堆焊涂层中，SiC 未受到破坏、保留完整，显见 Ti 涂覆对 SiCp起到的很好保护效果。堆焊过程中 Ti-SiCp覆层的碳化物部分溶解，受其影响基体组织出现了胞状晶和树枝晶。SiC 与基体之间的界面层较厚，属于在涂覆层未完全溶解保留下来，并在堆焊时 Fe、Cr扩散进入了该层。
Cr-SiC 后送粉涂层上部区硬度明显高于铁基合金，硬度最高达 930HV0.2，以下两者基本相等。50kg 载荷下 SiC 后送粉涂层耐磨性相对铁基合金提高 1.4倍，为轻微磨粒磨损机制。100kg 载荷下 SiC 后涂层耐磨性是铁基合金 1.5 倍，为粘着磨损机制。由于复合涂层中 SiC 颗粒很少，未起到很好的颗粒强化作用，耐磨性增加主要来源于 SiC 分解所产生的固溶强化和弥散强化。
关键词：涂覆 SiCp；铁基合金；复合涂层；显微组织；性能
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