楊效田，李霞，楊曉偉，路陽，王鵬春,李文生

(1. 蘭州理工大學 省部共建有色金屬先進加工與再利用國家重點實驗室, 甘肅 蘭州 730050；2.蘭州交通大學 化學與生物工程學院，甘肅 蘭州 730050)

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Ni60/高鋁青銅多元多相復合涂層制備及其微觀結構特征

楊效田1，李霞2，楊曉偉1，路陽1，王鵬春1,李文生1

(1. 蘭州理工大學 省部共建有色金屬先進加工與再利用國家重點實驗室, 甘肅 蘭州 730050；2.蘭州交通大學 化學與生物工程學院，甘肅 蘭州 730050)

摘要：為了研究Ni基/Cu基復合合金涂層的微觀結構特征，采用超音速等離子噴涂技術在45#鋼基體上制備了高鋁青銅質量分數30%的鎳基合金/高鋁青銅多元多相復合涂層。對復合涂層的組織結構特征、元素分布、相結構組成以及涂層的微觀缺陷進行研究分析。結果表明:所制備的復合涂層中2種合金微結構呈疊加層狀分布，組織結構具有梯度復合涂層特征，致密度高，微界面結合良好。高鋁青銅合金和Ni60合金元素呈交錯分布，相互之間出現互擴散特點。高鋁青銅合金具有對Ni基合金微粒包裹作用和對微界面填充作用，并且2種合金之間發(fā)生了冶金反應，微界面結合牢靠。相對于純Ni60合金涂層，高鋁青銅的加入有效降低了復合涂層缺陷率，減小了缺陷尺寸。

關鍵詞：超音速等離子噴涂；Ni60；高鋁青銅；多元多相復合涂層；微觀結構

涂層保護技術作為表面技術的一種，能在低成本基礎上顯著提高工件使用性能,延長工件使用壽命[1-2]。金屬基材料涂層由于其良好的耐磨性能、耐腐蝕性能，以及優(yōu)良的機械性能、耐高溫性能而受到科研工作者極大青睞，并已在航空、航天、船舶、石油等行業(yè)得到廣泛應用，顯示出了巨大的工程應用價值和經濟效益[3-5]。隨著科技的進步，單一材料的涂層已經不能適應特殊工況對涂層性能的更高要求，這必然推動涂層向復合涂層方向發(fā)展。早期一般采用氣相沉積方法在基體表面獲得多相結構的二元復合涂層，從而獲得較單一組元涂層更加優(yōu)越的減摩抗磨性能[6-7]。多組元復合涂層的研究與應用，極大地提高了涂層性能，研究者向一些自熔性合金中(如Ni基、Fe基、Co基、Zr基)添加了增強物質，從而使制備的涂層耐熱性、耐磨性以及耐腐蝕性得到極大提高，這種纖維增強或顆粒增強的涂層應用于工業(yè)零部件表面保護和修復中，為工業(yè)的發(fā)展作出了重要貢獻[8-11]。就目前該類涂層的研究來看，研究者一般采用的添加強化物質為單質元素或二元化合物,如Mo、石墨、WC、TiC、SiC、BN、MoS2等。這些強化物質的添加，有效地改善了涂層自潤滑性能、耐磨性能、耐腐蝕或者相關的涂層力學性能等。然而，加入的這種第二組元物質均屬于高熔點物質，其在基質材料涂層中是以強化相的形式單獨存在，難于與基質材料形成有效的冶金擴散，從而難于形成均勻連續(xù)的復合涂層組織結構。如何采用物理化學性能相近的材料通過復合獲得綜合性能優(yōu)異的多元多相復合涂層，具有重要的學術研究價值和工業(yè)應用前景。

Ni60自熔性合金粉末具有優(yōu)良的耐磨性、耐蝕性以及抗高溫氧化性能，在冶金、機械、石油、化工、汽車等行業(yè)零部件保護和修復中得到了廣泛應用[12-13]。楊效田等研制了一種高鋁青銅合金粉體，其具有優(yōu)異的減摩性和一定的耐磨、耐腐蝕性能，是一種很好的工件保護涂層材料[14-16]，可應用于金屬模具、軸類、管類、船舶等工件的表面防護，其相對于Ni基合金，成本低廉，但該材料屬于脆性材料且不具有自熔性能，大面積制造涂層難度較大。因此，本文提出將這種減摩性能較強的高鋁青銅合金粉末和廣泛使用的耐磨Ni60合金粉末進行混合，制備出具有優(yōu)異減摩耐磨綜合性能的新型多元多相復合涂層，研究復合材料的組織結構特征，為后續(xù)涂層性能研究和工業(yè)化應用，具有重要意義。研究提出的將2種多元合金混合制備復雜多元復合涂層研究方法，對涂層工業(yè)的發(fā)展具有重要科學價值，目前還鮮有相關研究報道。

1實驗材料及實驗方法

實驗材料為表面涂層制備中廣泛應用的Ni60合金粉體(各元素質量分數如下：w(Cr)=15%～17%，w(B)=3.0%～4.0%，w(Si)=3.5%～5.0%，w(Fe)≤5%，w(C)=0.6%～1.2%，其余為Ni)和自主研發(fā)的高鋁青銅合金粉體(各元素質量分數如下：w(Cu)=70%～80%，w(Al)=12%～14%，w(Fe)=2.0%～4.0%，w(Mn)≤0.5%～2.0%，w(Ni)=0.2%～0.5%，w(Co)≤0.2%～0.5%)。將質量分數30%的高鋁青銅粉體和質量分數70%的Ni60粉體采用機械混合方法混合均勻，采用超音速等離子噴涂技術在尺寸為Φ15 mm×150 mm 的45#鋼基體表面制備厚度1 mm左右的涂層。超音速等離子噴涂設備采用上海大豪納米噴涂材料有限公司生產的DH-2080超音速等離子噴涂系統(tǒng)，噴涂距離125 mm，噴涂電壓130 V，噴涂電流350 A，送粉電壓10 V，主氣為Ar氣，次氣為H2。在噴涂前先對基體表面進行除銹、除油、粗化處理，然后依次用丙酮、10%的鹽酸溶液、酒精清洗工件表面。噴涂時，將待噴基體試樣夾持在三爪卡盤上，驅動試樣勻速轉動，同時進行超音速等離子噴涂制備涂層。

采用金相顯微鏡MEF3A分析涂層微觀結構，日本理學公司生產的D/MAX2500PC型X射線衍射儀分析涂層物相組成，采用銅靶Kα光源輻射，管電壓8 262 kV，管電流25 924 mA，掃面范圍10°～100°，掃描速度0.02°/s。采用Quanta 450 FEG場發(fā)射掃描電鏡及其附屬的能譜儀對涂層元素分布進行分析。并借助image-pro plus6.0軟件對涂層缺陷率進行對比評估。

2結果及分析

2.1涂層縱截面微觀結構

圖 1(a)、(b) 分別為純 Ni60合金涂層和Ni60/高鋁青銅合金復合涂層的截面組織金相照片。由圖1(a)可以看出，采用超音速等離子噴涂制備的純Ni60合金涂層組織呈現大塊結構特征，并沒有顯示出明顯的噴涂涂層常見的層流結構，這是由于Ni60合金的自熔性能較強，噴涂粒子之間熔結較好，微小的噴涂粒子熔結后形成較大的結構，致使噴涂層粒子間界面不明顯，從而使其微觀結構顯示為熔結特征的大塊片狀結構。但仔細觀察發(fā)現，在涂層的缺陷位置由于噴涂外力的壓縮作用，致使涂層中存在的缺陷沿著微結構結合界面隨動變形，留下了大塊粒子之間層流的特征，保留了噴涂過程粒子扁平變形的固有特性。

從加入高鋁青銅合金的復合涂層照片可以看出(如圖1(b)所示)，隨著30%高鋁青銅合金的加入，復合涂層的層流結構非常明顯，添加的高鋁青銅合金和Ni60合金呈交錯層狀結構分布，高鋁青銅合金集中或微量交錯地分布在Ni基合金微結構界面處，抑制了Ni基合金大片結構的形成，涂層的微觀缺陷明顯減小，涂層致密度大大提高，從而使涂層具有階梯型微結構復合涂層特點。

圖2、3分別為2種涂層截面主要元素分布的線掃描結果。從圖2可以看出，由于純Ni60合金良好的自熔性能，Ni60合金主要元素沿著縱截面分布相對均勻，但在Ni元素含量較高的部位，Cr元素含量相對較低，而Cr元素含量高的部位Ni元素含量較低，2種主要元素在涂層中具有明顯的交錯分布特征，這說明純Ni60合金噴涂涂層元素成分偏析明顯。

圖1　純 Ni60和Ni60/高鋁青銅復合涂層截面照片(500×)Fig. 1 The section micrograph of the coatings of alloy Ni60 and the composite coatings added high-aluminum bronze(500×)

圖2　Ni60合金涂層截面元素分布Fig. 2　The section elements distribution of alloy Ni60 coating

圖3　Ni60/高鋁青銅復合涂層截面元素分布Fig. 3　The section elements distribution of Ni60 composite coatings added high-aluminum bronze

從圖3加入高鋁青銅的復合涂層截面元素分布可以看出，高鋁青銅合金的加入，使Ni60合金中的Ni、Cr元素峰值均出現在相同位置，這說明高鋁青銅加入的復合涂層中Ni60均質化程度明顯提高，復合涂層中Ni基合金主要元素Ni、Cr和銅基合金中Cu、Al元素呈交錯分布，這種元素分布特征和圖1(b)金相照片顯示的微觀結構特征一致，具有梯度分布特點，在標值如60、110 μm等一些峰值邊界微小部位出現了元素含量交錯過渡，表明2種合金元素在微結構界面處出現了元素互擴散。這也說明復合涂層的微結構界面具有熔結特征，其結合具有冶金結合特點，結合是可靠的。這種良好的復合結合能有效避免層層之間的剝離。

在2種涂層與基體的結合界面處均顯示為元素的陡降，說明超音速等離子噴涂制備的2種涂層和基體的結合均為機械結合，沒能形成有效的冶金結合，從工業(yè)應用角度來講，這是需要后續(xù)研究克服的問題。

2.2涂層橫向表面微觀特征

圖4、5分別為2種涂層表面微觀組織SEM圖片及其主要元素分布特征。由圖4可以看出，純Ni60合金涂層表面存在尺寸較大孔隙，并且大部分分布在熔結結構界面處，這種缺陷的存在一方面是由于噴涂過程中卷入的氣體殘留所致，另一個主要原因是熔結為大塊結構的Ni60合金較大的表面張力導致的收縮效應，以及熱噴涂快速凝固的特點，噴涂的粒子在沉積過程中相互之間未能得到足夠時間鋪展，從而在沉積粒子微界面處形成孔隙缺陷。從元素分布可以看出，Ni60合金噴涂涂層元素分布不均勻，存在成分偏析嚴重，這可能是Cr元素與B、C等快速形成大量強化物相的緣故。

從圖5加入高鋁青銅的復合涂層可以看出，相對于純Ni60合金涂層，加入高鋁青銅合金的復合涂層橫向表面致密度大大提高，存在的孔隙缺陷尺寸也明顯減小。從主要元素分布可以看出，Ni60和高鋁青銅復合粉體在形成復合涂層過程中基本趨勢是呈交叉分布，但相互之間也出現了重疊分布特點，這說明在橫向表面呈獨立特征分布的Ni60合金和高鋁青銅合金微結構之間也形成擴散型的冶金熔結，結合圖1、2、3涂層縱向微結構特點，可以認為，在復合涂層形成過程中，發(fā)生了部分銅基合金包裹Ni基合金微結構并發(fā)生了化學冶金結合。結合圖6復合涂層XRD分析結果可知，復合涂層中有含量較高的α-Cu相存在，由于α-Cu性能較軟而塑性好，其在涂層中大量存在能有效填充涂層孔隙缺陷并可能包裹在Ni基合金周圍，顯著提高了涂層的致密度。

圖6為純Ni60涂層和加入30%高鋁青銅合金的Ni60/高鋁青銅復合涂層表面物相分析結果。由圖可知，Ni60涂層的主要物相由γ-Ni、[Ni,Fe]、FeNi3、Ni2.9Cr0.7Fe0.36、Cr23C6、Cr2B組成，鎳基合金中B、Si等元素對涂層有著固溶強化作用,Cr元素易與B、C形成CrB2、Cr26C3等化合物,起彌散強化作用[17-18]。而加入高鋁青銅后的復合涂層主要物相除Ni60合金原有的主要物相外，還出現了α-Cu、Cu0.81Ni0.19等相，新相α-Cu、Cu0.81Ni0.19的存在使XRD衍射峰雜化，并在44°左右出現衍射峰寬化，意味著高鋁青銅加入的涂層相對于原Ni60涂層組織具有一定程度的非晶轉變趨勢[19]，結合圖1～5組織結構可以看出，部分的Cu基合金呈微結構形式鑲嵌在Ni基結構界面處，如前所述，α-Cu固溶體屬于軟質相，且Cu元素和Ni元素具有較好的物理化學相溶性，這不僅能很好提高層間結構的結合強度，而且能有效填充涂層的空隙，降低涂層缺陷，根據涂層中出現Cu0.81Ni0.19等相，再次證明，混合粉體在形成涂層過程中2種粉體發(fā)生一定程度化學反應，形成了新的化合物相，這顯然提高了2種粉體微結構間結合的可靠度，同時證明微結構之間的結合應該是良好的冶金結合。

一般來講，涂層元素之間要形成互擴散特征，需要較慢的冷卻速度，即需要給予涂層元素充足的擴散時間。如前所述，超音速等離子噴涂涂層具有快速冷卻的特點，這種快速冷卻的特點是導致涂層孔隙形成的原因之一，通常也不能為涂層元素的充分擴散提供足夠的擴散時間。然而，制備的復合涂層卻發(fā)生了2種合金元素的互擴散行為。分析這一現象的原因，首先認為2種粉體材料的主元素是Ni和Cu，根據Ni-Cu二元相圖，在628～1 358 K溫度區(qū)間的整個組分范圍內兩組元可形成面心立方結構的置換型無限固溶體。說明兩元素發(fā)生擴散的溫度范圍較大。并在628 K就能發(fā)生擴散，說明這2種元素發(fā)生擴散所需要的溫度相當低，表明這2種合金具有很好的冶金相(互)溶性(即：能在固態(tài)互相溶解的性能)。其次，超音速等離子噴涂時，其溫度可達3 000℃以上。送入等離子焰流中的混合粉體會產生熔化或處于半熔化狀態(tài)，在此階段以及粉體混合飛行過程中，混合粉體會相互碰撞，甚至結伴飛行，在這一過程中可能導致混合粉體的互擴散行為發(fā)生，甚至可能發(fā)生化學反應，導致化合物生成。另外，由于2種合金主元素良好的冶金相溶性，沉積后的涂層在冷卻凝固過程中，只要溫度處于628 K以上，這種互擴散行為會持續(xù)進行。正是由于這2種合金互擴散行為的持續(xù)存在，從而使制備的復合涂層不僅在涂層微界面呈現冶金結合特點，而且有效提高了涂層致密度。

圖4　Ni60合金涂層表面元素分析Fig. 4　The surface elements analysis of of alloy Ni60 coating

圖5　Ni60/高鋁青銅復合涂層表面元素分析Fig. 5　The surface elements analysis of of Ni60 composite coatings added high-aluminum bronze

圖6　不同質量配比復合涂層的物相分析Fig. 6　The phase analysis of different mass fraction of the composite coatings

2.3涂層孔隙率

涂層的孔隙率是熱噴涂涂層的重要特征之一,對涂層的組織結構和性能有顯著的影響。借助image-pro plus6.0軟件采用灰度法評估涂層的孔隙率，結果表明，純Ni60合金涂層的孔隙率為6.823 1%，添加30%高鋁青銅的復合涂層的孔隙率為4.061 4%。

由孔隙率測試結果可知，隨著高鋁青銅的加入，Ni60/高鋁青銅合金復合涂層的孔隙率顯然降低。根據2.2節(jié)分析認為，涂層中孔隙的產生的主要原因一方面是由于噴涂時夾裹的氣體在涂層冷卻過程中未能完全排除所致，另一方面是結晶微粒收縮時搭接不充分在微界面處形成缺陷；還有另外一個可能的原因是噴涂顆粒撞擊基體后具有快速冷卻的特點,以及噴涂粒子較大的沖擊動能使噴涂涂層形成扁平結構的同時形成微觀裂紋進而誘導形成微小孔隙缺陷[20-21]。根據微觀照片分析結果，可以認為，其中熔滴撞擊基材表面時的鋪展收縮導致的搭接不充分是微觀缺陷產生的最主要原因。對于高鋁青銅合金加入的復合涂層，由于高鋁青銅合金的軟質相對Ni基合金微粒的表面包裹，不僅使2種相溶性較好的合金發(fā)生冶金反應，而且對微界面產生很好的填充作用，同時由于微小的Ni60微粒表面受到銅基合金的隔離，抑制了Ni60大片結構的形成，有效降低了由于大片結構收縮時搭接不充分產生缺陷的概率，提高了涂層致密度。

3結論

1)30%高鋁青銅加入的Ni60/高鋁青銅合金復合涂層微觀結構顯示為2種合金交錯層狀分布，具有梯度涂層特征。相對于純Ni60合金涂層，高鋁青銅加入的復合涂層層狀結構更加明顯，組織細密均勻，缺陷明顯減小。

2)高鋁青銅對Ni60微粒具有包裹作用，在形成涂層扁平結構過程中抑制了大片Ni基合金微結構的形成，并對微結構界面具有填充作用。2種合金交錯的層流狀結構之間發(fā)生了元素擴散及冶金反應，涂層微界面結合良好。

3)純Ni60合金涂層由于噴涂粒子熔結形成大片結構，收縮時搭接不充分而導致大尺寸缺陷產生，加入高鋁青銅合金的復合涂層不僅抑制了大片結構出現，而且對界面具有填充作用，從而使缺陷率降低，缺陷尺寸也明顯減小。

參考文獻：

[1]梁桂強, 鄒麗靜, 朱永永, 等. 超聲電沉積制備Ni-TiN涂層及其耐腐蝕特性研究[J]. 功能材料, 2014, 45(13): 13059-13061, 13066.

LIANG Guiqiang, ZOU Lijing, ZHU Yongyong, et al. Preparation and corrosion behavior of Ni-TiN coatings deposited by ultrasonic electrodeposition[J]. Journal of functional materials, 2014, 45(13): 13059-13061, 13066.

[2]蔡濱, 譚業(yè)發(fā), 胡曉光, 等. Y2O3改性石墨/CaF2/TiC/鎳基合金復合涂層微觀組織與摩擦學性能研究[J]. 中國機械工程, 2015, 26(1): 112-119.

CAI Bin, TAN Yefa, HU Xiaoguang, et al. Study on microstructure and tribological properties of Y2O3modified graphite/CaF2/TiC/Ni-based alloy composite coatings[J]. China mechanical engineering, 2015, 26(1): 112-119.

[3]謝兆錢, 王海軍, 郭永明, 等. 超音速等離子噴涂超細WC-12Co涂層的性能[J]. 中國表面工程, 2010, 23(5): 54-58.

XIE Zhaoqian, WANG Haijun, GUO Yongming, et al. Performance of ultrafine WC-12Co coatings sprayed by supersonic plasma spraying[J]. China surface engeering, 2010, 23(5): 54-58.

[5]WANG Shanlin, CHENG Jingchang, YI S H, et al. Corrosion resistance of Fe-based amorphous metallic matrix coating fabricated by HVOF thermal spraying[J]. Transactions of nonferrous metals society of China, 2014, 24(1): 146-151.

[6]張緒壽, 余來貴, 陳建敏. 表面工程摩擦學研究進展[J]. 摩擦學學報, 2000, 20(2): 156-160.

ZHANG Xushou, YU Laigui, CHEN Jianmin. Development in tribology of surface engineering[J]. Tribology, 2000, 20(2): 156-160.

[7]韓修訓, 閻逢元, 閻鵬勛, 等. 多層涂層的摩擦學研究進展[J]. 機械工程材料, 2002, 26(5): 1-5, 41.

HAN Xiuxun, YAN Fengyuan, YAN Pengxun, et al. Progress in the tribology of multilayer coatings[J]. Materials for mechanical engineering, 2002, 26(5): 1-5, 41.

[8]郭華鋒, 田宗軍, 黃因慧. 等離子噴涂WC-12Co/NiCrAl復合涂層的摩擦磨損特性[J]. 中國表面工程, 2014, 27(1): 33-39.

GUO Huafeng, TIAN Zongjun, HUANG Yinhui. Tribological properties of WC-12Co/NiCrAl composite coating prepared by plasma spraying[J]. China surface engineer, 2014, 27(1): 33-39.

[9] SHARMA S P, DWIVEDI D K, JAIN P K. Effect of La2O3addition on the microstructure, hardness and abrasive wear behavior of flame sprayed Ni based coatings[J]. Wear, 2009, 267(5/6/7/8): 853-859.

[10]趙運才, 熊宏杰, 張正旺. 潤滑相MoS2對等離子噴涂Ni60A復合涂層摩擦學特性的影響[J]. 中國陶瓷, 2008, 44(12): 29-31, 51.

ZHAO Yuncai, XING Hongjie, ZHANG Zhengwang. The influence of lubricating phase MoS2on Ni60A composite coating's frictional charactristics[J]. China ceramics, 2008, 44(12): 29-31, 51.

[11]FLORES J F, NEVILLE A, KAPUR N, et al. An experimental study of the erosion-corrosion behavior of plasma transferred arc MMCs[J]. Wear, 2009, 267(1-4): 213-222.

[12]朱潤生. Ni60自熔合金粉末的研究[J]. 粉末冶金工業(yè), 2002, 12(6): 7-16.

ZHU Runsheng. Study on Ni60 self-melting alloy powder[J]. Powder metallurgy industry, 2002, 12(6): 7-16.

[13]揭曉華, 毛志遠. Ni-Cr-B-Si等離子噴涂層加熱重熔后組織與性能[J]. 金屬熱處理, 1996(8): 15-17.

JIE Xiaohua, MAO Zhiyuan. The structure and Properties of the Ni-Cr-B-Si plasma spraying coating layer remelted in Furnace[J]. Heat treatment of metals, 1996(8): 15-17.

[14]楊效田, 王智平, 路陽, 等. 超音速等離子-感應復合技術制備高鋁銅合金涂層特性[J]. 哈爾濱工程大學學報, 2012, 33(7): 906-910.

YANG Xiaotian, WANG Zhiping, LU Yang, et al. Characteristics of high-aluminium copper alloy coating made by supersonic plasma spraying and induction-refusion composite technology[J]. Journal of Harbin engineering university, 2012, 33(7): 906-910.

[15]LI Wensheng, WANG Zhiping, LU Yang, et al. Preparation, mechanical properties and wear behaviours of novel aluminum bronze for dies[J]. Transactions of nonferrous metals society of China, 2006, 16(3): 607-612.

[16]楊效田, 王智平, 路陽, 等. 高鋁銅合金粗粉超音速等離子噴涂層的邊界潤滑摩擦特性[J]. 中國有色金屬學報, 2012, 22(11): 3100-3106.

YANG Xiaotian, WANG Zhiping, LU Yang, et al. Boundary lubrication tribological property of high-aluminium copper alloy coarse powders coating made by supersonic plasma spraying[J]. The Chinese journal of nonferrous metals, 2012, 22(11): 3100-3106.

[17]張增志, ?？〗? 付躍文. 感應熔覆鎳基合金粉末涂層工藝和性能研究[J]. 材料熱處理學報, 2004, 25(2): 31-34.

ZHANG Zengzhi, NIU Junjie, FU Yuewen. Process and performance of nickel-base alloy coating by induction cladding[J]. Transactions of materials and heat treatment, 2004, 25(2): 31-34.

[18]李文生, 王智平, 路陽. 高強耐磨鋁青銅熱處理工藝的研究[J]. 甘肅工業(yè)大學學報, 2002, 28(2): 26-29.

LI Wensheng, WANG Zhiping, LU Yang. Research on heat-treatment process of high-strength wear-resistance aluminum alloy[J]. Journal of Gansu university of technology, 2002, 28(2): 26-29.

[19]韓耀武, 孫大千, 谷小燕, 等. 等離子噴涂參數對鎳基合金涂層組織及沖蝕磨損性能的影響[J]. 吉林大學學報: 工學版, 2010, 40(2): 461-466.

HAN Yaowu, SUN Daqian, GU Xiaoyan, et al. Effect of plasma spray parameters on microstructures and erosion resistance of Ni based coatings[J]. Journal of Jilin university: engineering and technology edition, 2010, 40(2): 461-466.

[20]BAHADUR S, YANG C N. Friction and wear behavior of tungsten and titanium carbide coatings[J]. Wear, 1996, 196(1/2): 156-163.

[21]WANG Haidou, XU Binshi, LIU Jiajun, et al. Characterization and tribological properties of plasma sprayed FeS solid lubrication coatings[J]. Materials characterization, 2005, 55(1): 43-49.

Preparation of multivariate multiphase composite coatings of Ni60/high aluminum bronze and its microstructure characteristics

YANG Xiaotian1, LI Xia2, YANG Xiaowei1, LU Yang1, WANG Pengchun1, LI Wensheng1

(1.State Key Laboratory of Advanced Processing and Recycling of Nonferrous Metals, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China; 2. School of Chemical and Biological Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730050, China)

Abstract：To investigate the microstructure characteristics of a multiphase composite coating of Ni-based/Cu-based alloys, we prepared multivariate multiphase composite coatings of Ni60/high-aluminum bronze by supersonic plasma spraying technology on a #45 steel substrate, in which the content of high-aluminum bronze is 30%. We then analyzed the organizational structure, element distribution, phase composition, and micro-defects of the composite coatings. The results show that the microstructure of the composite coating of two kinds of alloys was distributed as a stacked layer arrangement, the organization structure had the characteristics of a gradient composite coating, the coating structure was compact, and the micro-interface integration was favorable. The elements of two types of alloys of high-aluminum bronze alloy and Ni60 were distributed in a staggered form, and mutual diffusion occurred. The high-aluminum bronze alloy cladded the Ni60 alloy particles and filled the micro-interface of the organizational structure. At the same time, a metallurgical reaction took place between the two kinds of alloys. As a result, the micro-interface bond was stable. Compared with the coating of pure Ni60 alloy, the addition of high-aluminum bronze can effectively reduce the coating defects and thus decrease the size of the defects of multivariate multiphase composite coatings.

Keywords：supersonic plasma spray; Ni60; high-aluminum bronze; multivariate multiphase composite coatings; microstructure

中圖分類號：TG146

文獻標志碼：A

文章編號：1006-7043(2016)03-461-07

doi:10.11990/jheu.201501050

作者簡介：楊效田(1971-)，男，博士，副研究員.通信作者：楊效田，E-mail:398830990@qq.com.

基金項目：國家自然科學基金資助項目(51365024,51361020,51165021)；國家國際科技合作項目(2013DFR50790)；甘肅省有色金屬新材料省部共建國家重點實驗室開放基金資助項目(SKL1301)；蘭州理工大學博士基金資助項目.

收稿日期：2015-01-31.

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1390.u.20151224.1405.010.html

網絡出版日期：2015-12-24.