湯林鋆，李瑞迪，袁鐵錘，張梅

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放電等離子燒結(jié)制備銅基體表面鎳基涂層的性能

湯林鋆，李瑞迪，袁鐵錘，張梅

(中南大學(xué) 粉末冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410083)

采用Cu基體和球形In718型鎳基高溫合金粉末為原料，通過(guò)放電等離子燒結(jié)(SPS)工藝在銅基體表面制備鎳基高溫合金涂層，研究不同的燒結(jié)工藝參數(shù)對(duì)涂層與基體的結(jié)合性能以及涂層的表面性能所產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明，通過(guò)放電等離子燒結(jié)后，銅基體與鎳基合金涂層間形成了一定厚度的擴(kuò)散層，并且計(jì)算發(fā)現(xiàn)放電等離子燒結(jié)中的脈沖電流可降低涂層與基體間的擴(kuò)散激活能，對(duì)涂層和基體間的擴(kuò)散結(jié)合起到促進(jìn)作用。通過(guò)納米壓痕和顯微硬度檢測(cè)，在850~1 000 ℃的溫度范圍內(nèi)均可獲得綜合性能遠(yuǎn)高于銅基體的鎳基合金涂層。其中當(dāng)燒結(jié)溫度為950 ℃時(shí)，涂層的綜合性能最優(yōu)，顯微硬度可達(dá)370 HV，彈性模量達(dá)179.163 GPa。

In718；放電等離子燒結(jié)；涂層；擴(kuò)散；顯微硬度；彈性模量

隨著工業(yè)生產(chǎn)水平不斷提高，對(duì)生產(chǎn)所用到的各種零部件表面的性能要求也越來(lái)越高。許多零部件需要在高溫、高壓、腐蝕介質(zhì)及嚴(yán)重摩擦等惡劣工作條件下長(zhǎng)時(shí)間工作，一旦零部件局部表面失效，比如由于疲勞強(qiáng)度過(guò)低導(dǎo)致零部件表面產(chǎn)生裂紋，或者由于耐腐蝕性能差導(dǎo)致零部件表面被腐蝕，這些表面失效往往會(huì)從零部件表面滲透到內(nèi)部，使得產(chǎn)品出現(xiàn)故障，甚至造成嚴(yán)重的安全事故[1]。為了保證生產(chǎn)過(guò)程中的安全性與時(shí)效性，通常采用表面改性技術(shù)來(lái)改良零部件表面的性能，延長(zhǎng)其表面的失效期，從而提高產(chǎn)品的綜合性能。目前常用的表面改性技術(shù)主要有物理氣相沉積(PVD)[2]、化學(xué)氣相沉積(CVD)[3]、表面滲氮[4]、表面熱處理[5]、表面形變強(qiáng)化[6]、激光表面強(qiáng)化[7]和包覆涂層等[8]。在這些表面改性技術(shù)當(dāng)中，涂層技術(shù)因其成本低、性能優(yōu)良等特點(diǎn)，在日常生產(chǎn)生活中得到了廣泛的應(yīng)用。目前常用的涂層制備的方法有粉末法、氣體法和真空法等，其中，SPS作為一種新型的涂層快速制備技術(shù)，越來(lái)越受到廣大專家學(xué)者的關(guān)注和重視[9]。放電等離子燒結(jié)(spark plasma sintering, SPS)，作為一種新型的燒結(jié)方式，正成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。SPS具有很多優(yōu)良的特性，例如升溫速率和降溫速率極快(最高可達(dá)400 K/min)，可降低粉末的燒結(jié)溫度，燒結(jié)過(guò)程可控可測(cè)等，是一種低溫快速的燒結(jié)方 法[10?12]。由于這些優(yōu)良的特性，也可用來(lái)進(jìn)行涂層材料的制備。目前，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)放電等離子燒結(jié)制備涂層材料進(jìn)行了深入的研究。丁小芹等[13]采用放電等離子燒結(jié)工藝在45#鋼基體上制備Ni60涂層，涂層與基體在界面處形成了良好的冶金結(jié)合，涂層硬度達(dá)到597.5 HV，過(guò)渡層硬度從597.5 HV到209.6 HV呈梯度分布，寬度約為0.3 mm，涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度約為710 MPa，涂層在磨粒磨損的條件下體積磨損率為5.43×10?2 cm3/h。顧鵬等[14]采用放電等離子燒結(jié)工藝制備Fe基非晶態(tài)合金涂層，該涂層與常用的軸承鋼相比，在滑動(dòng)摩擦條件下有著顯著的低磨損率和低摩擦因數(shù)。SHIRANI等[15]采用放電等離子燒結(jié)工藝在石墨基體上制備ZrB2-SiC-WC合金涂層，在1 900 ℃的燒結(jié)溫度下保溫5 min，涂層與基體間的擴(kuò)散層厚度約為3 mm，結(jié)合強(qiáng)度約為33.1 MPa。PAKSERESHT等[16]采用放電等離子燒結(jié)工藝在In738型鎳基合金基體上制備氧化釔?氧化鋯多層熱障涂層，在1 040 ℃的燒結(jié)溫度下進(jìn)行制備，相比于空氣等離子噴涂法制備得到的涂層，維氏硬度提高了26%，耐磨損性能也得到了極大提高。JIANG等[17]采用放電等離子燒結(jié)工藝在鎢基體上制備W-Cr-C合金涂層，在1 600 ℃的燒結(jié)溫度下保溫10 min，相比于純WC涂層，其致密度和耐磨損性能均有所提高。之前的研究主要側(cè)重于對(duì)放電等離子燒結(jié)涂層材料涂層性能的表征分析[18]，而對(duì)于涂層與基體間的擴(kuò)散連接及其規(guī)律研究較少。因此在本實(shí)驗(yàn)中，選擇In718型鎳基合金作為涂層材料，純銅作為基體，主要研究涂層與基體間的擴(kuò)散規(guī)律，同時(shí)對(duì)涂層的性能進(jìn)行表征。

In718型鎳基高溫合金是一種以體心四方的Ni3Nb(γ″)和面心立方的Ni3(Al，Ti，Nb)(γ′)沉淀強(qiáng)化的鎳基高溫合金，這種高溫合金擁有優(yōu)異的綜合性能，在700 ℃以下具有較高的屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和持久強(qiáng)度，在650~760 ℃具有良好的塑性，在高溫下具有較好的熱穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性，同時(shí)具有良好的抗疲勞、抗輻射、抗氧化、耐腐蝕性能以及良好的加工性能、焊接性能[19]。因此，這種性能優(yōu)異的鎳基高溫合金非常適用于制備涂層材料[20]。

本實(shí)驗(yàn)選用綜合性能優(yōu)異的In718型鎳基高溫合金粉末作為金屬基體的涂層材料，采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)進(jìn)行涂層制備，研究銅基體表面鍍鎳基高溫合金涂層的燒結(jié)工藝、擴(kuò)散規(guī)律以及涂層的表面性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料

本實(shí)驗(yàn)所用的銅基體為99.5%純度的銅塊，為了適應(yīng)模具的尺寸，用線切割將銅塊切割成直徑40 mm，高5 mm的圓柱體。表面涂覆的In718型鎳基高溫合金粉末為平均粒徑20 μm的球形粉末，理論密度為8.2 g/cm2，熔點(diǎn)范圍在1 260~1 340 ℃。表1所列為In718型鎳基高溫合金粉末的成分。

本實(shí)驗(yàn)所使用的放電等離子燒結(jié)設(shè)備為德國(guó)FCT公司生產(chǎn)的HP D25/3型等離子快速燒結(jié)爐。

1.2 涂層擴(kuò)散性能表征實(shí)驗(yàn)

為了研究放電等離子燒結(jié)對(duì)涂層與基體間的擴(kuò)散性能的影響，設(shè)計(jì)了涂層的擴(kuò)散性能表征實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)使用的模具為直徑40 mm的模具，采用如圖1所示的三明治結(jié)構(gòu)稱裝粉末，在銅基體的上下兩側(cè)分別稱裝10 g的In718型鎳基高溫合金粉末。為了研究燒結(jié)溫度對(duì)涂層擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)的影響，選擇600，700和800 ℃三個(gè)溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為了研究保溫時(shí)間對(duì)涂層擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)的影響，在每個(gè)燒結(jié)溫度下分別選擇30 s，60 s，90 s，120 s，5 min，10 min，20 min，30 min，40 min為保溫時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中除燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間外，其它燒結(jié)參數(shù)均保持一致。升溫速率設(shè)置為100K/min，燒結(jié)過(guò)程中軸向壓力設(shè)置為5 kN，脈沖參數(shù)設(shè)置為8:2(即脈沖電流通電8 ms后斷電2 ms，如此循環(huán))。所有的涂層擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)均在真空條件下進(jìn)行(爐內(nèi)氣壓低于5 Pa)。

實(shí)驗(yàn)前對(duì)Cu基體進(jìn)行表面預(yù)處理，燒結(jié)前用砂紙對(duì)銅基體的表面進(jìn)行打磨，以去除可能存在的氧化層，然后浸泡在酒精中，用超聲清洗儀進(jìn)行超聲清洗。所有樣品經(jīng)過(guò)燒結(jié)后，通過(guò)線切割將圓柱體沿直徑切為兩半，將截面依次在400，600，800，1000，1 500和2 000目的金相水磨砂紙上打磨，然后使用粒度為0.5 μm的Al2O3懸浮液進(jìn)行拋光，經(jīng)過(guò)拋光的樣品在掃描電子顯微鏡下進(jìn)行背散射成像，觀察試驗(yàn)過(guò)程中成分襯度相，并進(jìn)行能譜分析；然后通過(guò)電子探針進(jìn)行觀察，并進(jìn)行成分曲線的測(cè)定。檢測(cè)使用的掃描電子顯微鏡為美國(guó)FEI公司生產(chǎn)的裝有能譜儀(EDS)的Quanta FEG 250型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，使用的電子探針為日本生產(chǎn)的JXA-8530F型電子場(chǎng)發(fā)射電子探針。

表1 In718粉化學(xué)成分

圖1 Cu基體表面鎳基合金涂層示意圖

1.3 涂層表面性能表征實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用與涂層擴(kuò)散性能表征實(shí)驗(yàn)相同的模具與燒結(jié)裝配模型，溫度變?yōu)?50，900，950和1 000 ℃四個(gè)溫度，保溫時(shí)間統(tǒng)一為30 min，其它燒結(jié)參數(shù)均與擴(kuò)散性能表征實(shí)驗(yàn)保持一致。升溫速率設(shè)置為100 K/min，燒結(jié)過(guò)程中軸向壓力設(shè)置為40 MPa，脈沖參數(shù)設(shè)置為8:2(即脈沖電流通電8 ms后斷電2 ms，如此循環(huán))。所有涂層表面性能表征實(shí)驗(yàn)均在真空條件下進(jìn)行(爐內(nèi)氣壓低于5 Pa)。

燒結(jié)前后樣品的處理均與擴(kuò)散性能表征實(shí)驗(yàn)相同。樣品拋光后，進(jìn)行顯微硬度和納米壓痕等涂層性能的檢測(cè)。使用美國(guó)BUEHLER公司生產(chǎn)的5104型顯微硬度計(jì)進(jìn)行顯微硬度檢測(cè)，使用瑞士CSM公司生產(chǎn)的UNHT+MCT型納米力學(xué)性能綜合測(cè)試儀進(jìn)行納米壓痕檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 涂層擴(kuò)散性能檢測(cè)

圖2為600 ℃下保溫5 min后鎳基涂層與銅基體界面在掃描電鏡下觀察到的界面形貌，由于燒結(jié)溫度較低，且保溫時(shí)間較短，因此鎳基合金涂層的致密度較低，存在一定的孔隙。

由于鎳基涂層與銅基體在燒結(jié)過(guò)程中擴(kuò)散并無(wú)化合物生成，而是形成固溶體，因此在掃描電鏡下并未觀察到明顯的擴(kuò)散層，圖像襯度均勻變化。擴(kuò)散層中元素含量連續(xù)變化，圖3為掃描電鏡下涂層與基體間的界面處的能譜圖，圖中只顯示含量較高的元素成分。為了得到精確的元素含量變化情況，采用電子探針對(duì)界面處的元素變化進(jìn)行檢測(cè)，然后用Origin對(duì)電子探針檢測(cè)提供的準(zhǔn)確元素含量變化表作圖，再結(jié)合擴(kuò)散層中元素含量連續(xù)變化這一特點(diǎn)，可以確定任一溫度和保溫時(shí)間下鎳基合金粉末與銅基體間的擴(kuò)散層的厚度。各燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間下界面擴(kuò)散層厚度的數(shù)據(jù)記錄如表2所列。

圖2 涂層與基體界面組織形貌(600 ℃, 5 min)

圖3 掃描電鏡下涂層?基體擴(kuò)散層EDS能譜圖(600 ℃，5 min)

表2 不同燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間下涂層?基體界面擴(kuò)散層厚度

相比于擴(kuò)散層厚度，擴(kuò)散層生長(zhǎng)速率對(duì)擴(kuò)散行為的描述更為直觀明顯。為了更加直觀地描述SPS工藝中脈沖電場(chǎng)對(duì)涂層擴(kuò)散性能的影響，采用如下的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算擴(kuò)散層的生長(zhǎng)速率。

2=(1)

式中：為界面擴(kuò)散層的厚度；為擴(kuò)散層的生長(zhǎng)速率即擴(kuò)散速率；為燒結(jié)過(guò)程中的保溫時(shí)間。

圖4為鎳基合金粉與銅基體界面不同的燒結(jié)溫度下擴(kuò)散層厚度的平方(2)隨著保溫時(shí)間()變化的關(guān)系圖。由圖4可知，基體與涂層界面處擴(kuò)散層厚度的平方與保溫時(shí)間并非呈簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。在燒結(jié)前期，擴(kuò)散層厚度的平方隨時(shí)間延長(zhǎng)迅速增加；隨燒結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，增長(zhǎng)速率逐漸降低；到燒結(jié)后期，基本趨于線性變化。為了更直觀的對(duì)不同保溫時(shí)間點(diǎn)各燒結(jié)溫度下鎳基合金粉與銅基體間的擴(kuò)散速率進(jìn)行比較，采用求導(dǎo)的方式對(duì)圖4進(jìn)行處理，如圖5所示用各點(diǎn)處的導(dǎo)數(shù)來(lái)表示該時(shí)間點(diǎn)的擴(kuò)散速率。由圖5可知，在燒結(jié)前期，各燒結(jié)溫度下擴(kuò)散速率差異較大，這種差異隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)而不斷減小，到了燒結(jié)后期，各溫度下擴(kuò)散速率之間的差異基本保持不變。通過(guò)擬合各燒結(jié)溫度下燒結(jié)后期的線性關(guān)系，可以得到各溫度下燒結(jié)后期鎳基合金粉與銅基體間的擴(kuò)散速率，600 ℃時(shí)擴(kuò)散速率為(600 ℃)=9.08×10?14 m2/s，700 ℃時(shí)擴(kuò)散速率為(700 ℃)=1.28×10?13 m2/s，800 ℃時(shí)擴(kuò)散速率為(800 ℃)=2.06×10?13 m2/s。將相同的樣品放在未加入脈沖電流的普通燒結(jié)爐中進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)，所得到的各溫度下的擴(kuò)散系數(shù)均小于放電等離子燒結(jié)所得到的擴(kuò)散系數(shù)。這說(shuō)明加入脈沖電場(chǎng)后，各溫度下鎳基合金粉與銅基體間的擴(kuò)散速率均有一定程度地提高。由此可以說(shuō)明，脈沖電場(chǎng)的存在對(duì)涂層與基體間的擴(kuò)散起到了一定程度的促進(jìn)作用。但是關(guān)于其具體原因，目前還沒(méi)有得到明確的答案。一種最為廣大學(xué)者所接受的解釋認(rèn)為，脈沖電場(chǎng)是通過(guò)改變異種金屬間的擴(kuò)散激活能來(lái)促進(jìn)金屬間原子的擴(kuò)散。為了驗(yàn)證這種說(shuō)法的準(zhǔn)確性，采用阿侖尼烏斯方程(Arrhenius equation)計(jì)算鎳基合金粉與銅基體間在SPS工藝條件下的擴(kuò)散激活能。

圖4 不同溫度下涂層?基體擴(kuò)散層厚度平方值與保溫時(shí)間關(guān)系

圖5 不同溫度下涂層?基體擴(kuò)散層擴(kuò)散速率與保溫時(shí)間關(guān)系

式中：為擴(kuò)散層生成所需的激活能；0為擴(kuò)散常數(shù)；為氣體常數(shù)；為熱力學(xué)溫度；為各溫度下對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)。

圖6為各溫度下擴(kuò)散系數(shù)的對(duì)數(shù)(ln)隨熱力學(xué)溫度的倒數(shù)(1/)變化的關(guān)系圖。通過(guò)線性擬合將數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合成直線，結(jié)合阿侖尼烏斯公式，該直線斜率即為?/，再通過(guò)計(jì)算即可得到SPS作用下鎳基合金粉與銅基體間擴(kuò)散所需的激活能，為30.805kJ/mol。將這一結(jié)果與無(wú)SPS作用下鎳基合金與銅之間的擴(kuò)散激活能進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，SPS脈沖電場(chǎng)作用下鎳基合金粉與銅基體間的擴(kuò)散激活能比無(wú)SPS脈沖電場(chǎng)作用下的擴(kuò)散激活能有明顯下降，所以可以認(rèn)為SPS的脈沖電場(chǎng)可以顯著降低鎳基合金粉與銅基體間的擴(kuò)散激活能，說(shuō)明采用SPS工藝制備銅基體表面涂覆鎳基合金粉涂層的過(guò)程中，通過(guò)降低涂層與基體間的擴(kuò)散激活能來(lái)實(shí)現(xiàn)原子的快速擴(kuò)散，從而促進(jìn)基體與涂層間的結(jié)合性能。

圖6 根據(jù)公式2計(jì)算得到涂層?基體擴(kuò)散所需激活能G

2.2 涂層表面性能檢測(cè)

圖7所示為樣品進(jìn)行納米壓痕檢測(cè)得到的載荷?位移變化曲線圖，分別對(duì)各個(gè)溫度下的鎳基合金涂層進(jìn)行檢測(cè)。從圖中可以清楚地看出，隨實(shí)驗(yàn)載荷不斷增大，壓痕的位移不斷增加，當(dāng)載荷達(dá)到最大值時(shí)，壓痕的位移也達(dá)到最大值即最大壓痕深度max；隨后卸載，壓痕的位移最終回到一個(gè)固定值，此時(shí)的深度為殘留壓痕深度r，也就是壓頭在樣品上留下的永久塑性變形。觀察比較各溫度下的圖可以發(fā)現(xiàn)，各個(gè)溫度下涂層的最大壓痕深度max和殘留壓痕深度差異不大，但850 ℃和950 ℃下的最大壓痕深度和殘留壓痕深度相對(duì)比900 ℃和1 000 ℃下的數(shù)值稍小，說(shuō)明在850 ℃和950 ℃下通過(guò)SPS制備得到的涂層更不容易發(fā)生塑性變形，性能較為優(yōu)異。并且這四個(gè)實(shí)驗(yàn)溫度下涂層的最大壓痕深度和殘留壓痕深度均明顯小于銅基體的數(shù)值，說(shuō)明涂層的硬度相較于基體明顯增大，抵抗變形的能力更強(qiáng)，更難發(fā)生塑性變形。

圖7 銅基體及不同溫度下鎳基涂層的載荷?位移變化曲線圖

Fig.7 Load-displacement curve of the copper matrix and nickel-base coating at different temperatures

通過(guò)納米壓痕檢測(cè)，同時(shí)可以得到各溫度下樣品的硬度、彈性模量以及泊松比，測(cè)得的數(shù)據(jù)如表3所列。由表3可以發(fā)現(xiàn)，采用SPS制備得到的涂層硬度和彈性模量均明顯高于銅基體的硬度和彈性模量，極大地改善了銅基體表面的性能。并且隨燒結(jié)溫度變化，涂層的硬度和彈性模量也會(huì)發(fā)生一定的變化，在850 ℃和950 ℃下涂層的硬度值較高，在950 ℃下涂層的彈性模量相對(duì)較高。這主要是受到兩方面的影響所致，一是涂層的致密度，二是涂層的晶粒尺寸。溫度較低時(shí)，由于熱激活提供的能量不足，導(dǎo)致樣品的致密度較低，從而影響樣品的硬度等性能；而溫度過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致樣品內(nèi)晶粒長(zhǎng)大迅速，晶粒生長(zhǎng)不均勻，同樣會(huì)對(duì)樣品的力學(xué)性能產(chǎn)生影響。綜合可知在950 ℃下采用SPS制備得到的鎳基合金涂層具有最優(yōu)的綜合性能。

表3 銅基體與不同燒結(jié)溫度下的涂層納米壓痕檢測(cè)數(shù)據(jù)表

圖8為樣品進(jìn)行顯微硬度檢測(cè)得到的維氏硬度?距離變化曲線圖，同樣對(duì)各溫度下的銅基體與鎳基合金涂層進(jìn)行了檢測(cè)。由圖可知銅基體的顯微硬度值較低，約為80~90 HV，在銅基體與鎳基合金涂層交界處顯微硬度逐漸上升，這是由于銅基體與鎳基合金涂層中間存在一定厚度的擴(kuò)散層，導(dǎo)致顯微硬度變化不均勻。越過(guò)擴(kuò)散層后，在鎳基合金涂層一側(cè)顯微硬度趨于平穩(wěn)，900 ℃和1 000 ℃下涂層的硬度約為260~270 HV，850 ℃時(shí)涂層硬度可達(dá)330 HV，950 ℃涂層硬度達(dá)到了370 HV以上，明顯高于基體的顯微硬度.這說(shuō)明采用SPS工藝制備得到的涂層極大地提高樣品表面的硬度，起到了良好的表面改性效果。綜合納米壓痕和顯微硬度的檢測(cè)，采用SPS工藝制備鎳基合金粉涂層的最佳燒結(jié)溫度為950 ℃，在此溫度下保溫30 min可以得到綜合性能最佳的鎳基合金粉涂層。

圖8 不同溫度下涂層的維氏硬度?距離變化曲線圖

3 結(jié)論

1) 采用SPS工藝制備銅基板表面鎳基合金涂層，可以顯著地降低銅基體與鎳基合金涂層間的擴(kuò)散激活能，從而促進(jìn)銅基體與鎳基合金涂層間的原子擴(kuò)散速率，提高銅基體與鎳基合金涂層間的結(jié)合性能。

2) 采用SPS工藝制備銅基體表面鎳基合金涂層，在850 ℃~1 000 ℃的溫度范圍內(nèi)均可獲得綜合性能遠(yuǎn)高于銅基體的鎳基合金涂層。當(dāng)燒結(jié)溫度為950 ℃時(shí)，涂層的綜合性能最優(yōu)，此時(shí)涂層的顯微硬度為370 HV，彈性模量達(dá)179.163 GPa。

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(編輯 高海燕)

Fabrication and performance of Ni-based alloys coating on Cu matrix sintered by spark plasma sintering

TANG Linjun, LI Ruidi, YUAN Tiechui, ZHANG Mei

(State Key Laboratory of Powder Metallurgy, Central South University, Changsha 410083, China)

Ni-based alloys coating on Cu matrix were fabricated by spark plasma sintering (SPS) using Cu matrix and spherical In718 Ni-based alloys powder as raw materials. The effects of dirrerent sintering parameters on the bonding properties and surface properties of the coating were studied. The results show that a diffusion layer generates between Cu matrix and Ni-based alloys coating after SPS, and the diffusion activation energy of matrix and coating are reduced by the pulse current, which can accelerate the diffusion bonding of Cu matrix and Ni-based alloys coating. The Ni-based alloys coating fabricated at the temperature ranging from 850?1 000 ℃ have more excellent performance than Cu matrix by nanoindentation and microhardness testing. When the sintering temperature reaches 950 ℃, the coating has the optimal properties with the microhardness of 370 HV, and the elastic modulus of 179.163 GPa.

In718; spark plasma sintering (SPS); coating; diffusion; microhardness; elastic modulus

TG146.1

A

1673-0224(2018)04-375-07

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51571214, 51474245)

2018?01?17；

2018?03?02

李瑞迪，副教授，博士。電話：0731-88830142；E-mail: liruidi@csu.edu.cn