WC／Ni60A覆层抗泥沙磨损性能研究

泥沙磨损是疏浚装备过流部件普遍存在的问题l2]，由于工作条件要求.过流部件必须要有较高的强度和韧性等性能指标 ，通常采用普通结构钢材料如 35SiMn等。致使过流部件的抗泥沙磨损性能受到限制。如何大幅度提高疏浚装备过流部件抗泥沙磨损性能-直是疏浚行业亟待解决的关键技术问题。通过在过流部件表面制备耐磨覆层的方法以解决过流部件泥沙磨损问题是-种较为有效的途径。

本文在 Q235A材料表面制备 Ni60AWC覆层，68并对其抗耐磨性进行了实验研究，对解决疏浚装备过流部件抗泥沙磨损性能及磨损部件的修复均具有理论意义和实用价值 。

1 WC/Ni60A覆层的喷焊制备1.1 母 材母材为Q235A，基体材料尺寸：100 mmxlO0 mm16 mm。母材的待喷焊表面在喷焊前采用砂轮打磨去除表面氧化物再用无水酒精或丙酮清洗。

1.2 喷焊材料喷焊材料为 Ni60A35%WC复合粉末，粒径为[收稿日期]2013-01-08；[修回日期]2013-02-03[作者简介]李 浩(1963-)，男，高级工程师，研究方向：疏浚装备及耐磨材料。

第24卷 第 2期(总第 140期)2013年 4月船 舶SHIP＆ B0ATV01.24 NO.2April，2013发生了母材金属与覆层合金之间的相互作用 ，主要是金属原子间的相互扩散作用，形成了冶金结合界面，进而l保证了覆层与基体的结合强度。图4(a)还可见到覆层中大量不规则 的碳化钨颗粒 ，由于碳化钨具有较高的硬度.利于提高覆层的抗泥沙磨损性能。

2.3 覆层硬度表 2、表 3分别为 35%WC/Ni60覆层的宏观硬度测试结果及覆层沿厚度方向的显微硬度值。

表 2 35%WC，Ni60A覆层的宏观硬度/IIRC覆层 显微硬度，HV 1 011.2 1 000.1 1 094.3 1 173.2 1 000.4 1 326.7 l 094.3 l 013.5 l 054.2 1 011.53 覆层泥沙磨损实验3.1 泥沙磨损试样制备用线切割在制备有 Ni60A35%WC覆层试板上沿厚度方向切割出两个 20 mm泥沙磨损试样 ，磨平覆层表面，车去多余母材～试样加工成4，20 mm20 lflm的试样 ，并加工 出尺寸相 同的两个ZG35SiMn(硬度 200 HB～220 HB)对比标样。

3.2 泥沙磨损实验参数及实验结果标样材料为ZG35SiMn.试样尺寸均为，/，20 mmX20 mm。试样在泥沙磨损实验前，应先除去锈斑、油污等，再用清水 、酒精或丙酮洗净。吹干备用；磨损实验结束后称重前也要按上述步骤进行洗净 、吹干。

为了提高实验精度 ，试验前在泥沙磨损试验机上分别对试样进行预磨 0.5 h。

泥沙磨损实验在两相四头泥沙磨损实验机上进行 ]，试验参数：泥沙浓度为 70%(质量分数)；沙质为建筑黄沙(粒径≤2 ITlm)，试验中定期补充适量的新沙和水，试验磨损面冲击角为 3O。，试样运行线速度选为 6.67 mJs，试样依序四次换位，每 30 min换位-次 ，总磨损时间为 2 h。

表 4为 35%WC，Ni60A覆 层与标 样 ZG35SiMn相对耐磨性实验结果。

表4 35%WC，Nj60A覆层泥沙磨损相对耐磨性实验结果4 分 析70(1)分析 35%WC/Ni60A覆层表面 XRD衍射分析图谱(图2)可以看出，覆层为多相组织，由硬质相和基体构成 。硬质相主要 由金属碳化物及金属硼化物构成，具有较高的硬度，是主要的抗磨相。图2中未发现 WC成分 .可能是在覆层制备过程 中，覆层表面直接受热源作用，受热时间较长，温度较高，同时原料中WC颗粒粒径较小 ，使 WC发生了熔化、分解、氧化等过程，形成了W2C、W0、WB4等。基体相由熔点较低的自熔合金组成，这些熔点较低的自熔合金以钎焊连接的方式保证了覆层与母材的及硬质相之间的良好结合。

(2)图4可以看到不规则的未熔WC颗粒存在，覆层中WC分布并不均匀，在靠近结合面处 WC较少，而在涂层中部较多，这些现象与覆层的多层制备工艺及加热过程有关。在覆层制备的喷焊过程 中，高温火焰使熔点较低 的镍基合金先熔化。由于 WC密度较大 ，在重力 的作用下 ，形成分层 ，产生 WC不均匀分布。单层喷焊层越厚，液相存在时间越长，这种不均匀性越 明显 。覆层表面未发现 WC相也与这种分层现象有关(见图 2)。覆层材料 中，WC颗粒采用了包镍处理(见图 1)，利于防止 WC分解和氧化 ，也可减少 WC的分层 ，对提高覆层硬度和耐磨性能有利。从 图 4还可 以看到 ，母材表面及 WC颗粒表面为低熔点的镍基合金所浸润，形成了良好的冶金结合。

(3)泥沙磨损实质上是-种固液两相流的磨粒磨损 5J。35%WC/Ni60A覆层是-种金属基碳化物和硼化物颗粒增强复合耐磨材料 .由相对较软的基体和硬度较高的碳化物和硼化物硬质相构成。实验结果表明，35%WC/Ni60A覆层具有较高的硬度(见表2和表 3)和优异的抗泥沙磨损性能(见表 4)。