不同基面角度對(duì)激光熔覆Ni25/WC涂層耐磨性的影響

王濤，王長(zhǎng)宏，朱磊，王浩，張瑩

不同基面角度對(duì)激光熔覆Ni25/WC涂層耐磨性的影響

王濤a,b，王長(zhǎng)宏a,b，朱磊a,b，王浩a,c，張瑩a,b

（中國(guó)民航大學(xué) a.民用航空激光制造技術(shù)研究所 b.航空工程學(xué)院 c.工程技術(shù)訓(xùn)練中心，天津 300300）

目的 為實(shí)現(xiàn)模具曲面或斜面區(qū)域修復(fù)，研究不同基面角度對(duì)激光熔覆Ni25/WC涂層形貌和耐磨性的影響。方法 采用激光熔覆技術(shù)在不同角度的基體表面制備了Ni25/WC修復(fù)涂層，利用X射線衍射儀（XRD）、維氏硬度計(jì)、掃描電鏡（SEM）和摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，分析和研究了不同角度對(duì)涂層截面形貌、物相組成、微觀組織、顯微硬度和摩擦磨損性能的影響及機(jī)理。結(jié)果 熔覆過程中，基體表面為90°時(shí)，在重力作用下，粉末流向下偏移，部分粉末無法進(jìn)入熔池，使得單道涂層厚度降低，熔池內(nèi)的金屬熔液受重力影響向下滑落，激光熔覆快速凝固的特點(diǎn)使得熔液在滑落前凝固，導(dǎo)致涂層形心向下側(cè)偏移。在重力、運(yùn)載氣體及空氣阻力的作用下，混合粉末中密度更大的WC顆粒向下偏移量更大，未進(jìn)入熔池的大尺寸的WC顆粒更多，使得涂層中WC顆粒含量降低。WC顆粒含量影響涂層的磨損形式，0°涂層主要磨損形式為犁削作用和黏著磨損，90°涂層主要發(fā)生了磨粒磨損。結(jié)論 不同角度單道涂層的截面形狀和厚度不同，0°涂層呈現(xiàn)兩側(cè)較為對(duì)稱的半圓或半橢圓，涂層厚度更大，90°涂層的形心隨重力向下側(cè)偏移，涂層厚度明顯減小；涂層的物相種類相同，均由FeNi3、Ni2B及WC等相組成；0°涂層顯微硬度平均值為446.67HV0.2，90°涂層顯微硬度平均值為456.13HV0.2。0°涂層磨損率為0.002 6 mg/m，90°涂層磨損率為0.008 mg/m，0°涂層耐磨性優(yōu)于90°涂層，磨損機(jī)制不同是耐磨性產(chǎn)生差異的主要原因。

激光熔覆；鎳基合金；復(fù)合涂層；基面角度；摩擦磨損

模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，廣泛應(yīng)用于汽車、電子、儀器儀表和家電等行業(yè)。在使用過程中，模具不可避免會(huì)出現(xiàn)磨蝕、人為碰傷或廢料損傷[1]。對(duì)受損模具進(jìn)行修復(fù)可以有效節(jié)省時(shí)間、降低成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。目前模具修復(fù)的主要技術(shù)有堆焊修復(fù)技術(shù)、熱噴涂修復(fù)技術(shù)、電火花修復(fù)技術(shù)和激光熔覆技術(shù)等[2-4]。激光熔覆技術(shù)以高能量激光束集中定點(diǎn)修復(fù)，配合熔覆機(jī)器人的軌跡規(guī)劃，可有效實(shí)現(xiàn)模具的修復(fù)工作。同時(shí)，熔覆層能與基材形成冶金結(jié)合，具有適用材料廣、熱影響區(qū)小、再加工余量小、修復(fù)效率高等優(yōu)點(diǎn)[5-7]，使得激光熔覆技術(shù)在模具修復(fù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

Ni25合金粉末是一種低硬度的Ni-B-Si系自熔性合金粉末，常用于玻璃模具、各種成型模具、軸套、曲軸及機(jī)床導(dǎo)軌的修復(fù)，具有韌性好、耐強(qiáng)沖擊，熔覆層可直接使用合金刀具進(jìn)行切削加工等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在耐磨性不高的問題。為提高涂層耐磨性，通常利用顆粒強(qiáng)化金屬?gòu)?fù)合材料原理來進(jìn)行耐磨性增強(qiáng)[8]。WC陶瓷顆粒是一種常用的增強(qiáng)材料，和Ni基粉末的潤(rùn)濕性好，將Ni25和WC進(jìn)行混合配比使用，可顯著提高修復(fù)涂層的耐磨性能[9]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)激光熔覆涂層制備進(jìn)行了大量研究。王濤等[10]研究了掃描速度對(duì)激光熔覆NiCoCrAlY涂層組織及性能的影響，結(jié)果表明，隨著掃描速度的增加，涂層晶粒細(xì)化，顯微硬度小幅提升。劉德來等[11]研究了激光功率對(duì)高速激光熔覆Ni/316L層組織和力學(xué)性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)，激光功率對(duì)熔覆層硬度和沖擊性能影響顯著，對(duì)彈性模量影響不大。徐瀚宗等[12]以激光功率、送粉率和掃描速度為自變量，設(shè)計(jì)三因素四水平正交試驗(yàn)，探究了工藝參數(shù)對(duì)激光熔覆316L熔覆層中Cr元素分布規(guī)律。研究結(jié)果表明：對(duì)Cr元素含量影響從大到小依次為送粉率、激光功率和掃描速度。孫寧等[13]采用激光熔覆技術(shù)制備了Inconel 625/WC-12Co復(fù)合涂層，研究了WC-12Co添加量對(duì)涂層微觀組織和耐磨性的影響，結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)，隨著WC-12Co含量的增加，涂層組織被細(xì)化，硬度和耐磨性明顯提升。李云峰等[14]針對(duì)激光熔覆Ni基涂層耐磨耐沖擊性不足的問題，分別制備了含微米和納米WC顆粒的WC/Ni涂層，研究了2種WC顆粒對(duì)涂層組織及耐磨耐沖擊性能的影響。研究表明，微米WC對(duì)涂層的耐磨性提升最明顯但影響了涂層的耐沖擊性能，納米WC不僅提高了涂層的耐磨性，同時(shí)對(duì)涂層耐沖擊性能也有明顯提升。柴龍順等[15]采用激光熔覆技術(shù)制備了不同納米Ti/C添加量的鎳基復(fù)合涂層，分析了納米TiC/C添加量對(duì)涂層性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明，復(fù)合涂層硬度隨著TiC/C添加量的增高而升高，添加量為5%時(shí)耐磨性達(dá)到最高。Yang等[16]研究了激光熔覆制備WC-12Co/Ni25涂層的耐磨性。Huang等[17]研究了TiC對(duì)Ni35涂層的增強(qiáng)機(jī)制。Ma等[18]研究了Ti對(duì)Ni60/WC復(fù)合涂層顯微結(jié)構(gòu)和顯微硬度的影響。

綜上所述，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)激光熔覆制備涂層的研究主要集中在熔覆參數(shù)和材料兩方面，所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)大都在水平基體表面熔覆，然而模具的待修復(fù)區(qū)域大多形狀復(fù)雜，針對(duì)存在傾角的壁面熔覆涂層性能的研究較少。孫文強(qiáng)等[19]研究了基體表面傾斜角度對(duì)單道WC/Ni涂層物相組成、截面組織形貌及熔池的影響，但對(duì)多道涂層的硬度、摩擦磨損性能、WC顆粒的分布規(guī)律并未進(jìn)行研究，而且其傾斜角度最大只是達(dá)到了60°，缺少對(duì)陡峭模具型面（90°或接近90°的型面）修復(fù)的試驗(yàn)研究。因此，本文模擬水平基體面及垂直壁面2種典型表面，制備了Ni25/WC復(fù)合涂層，研究不同基面角度對(duì)單道涂層截面形貌、多道涂層的物相組成、顯微硬度、微觀組織、摩擦磨損性能及涂層中WC顆粒分布的影響，并對(duì)其成因進(jìn)行分析。

1 試驗(yàn)

1.1 材料

基材為Q235鋼。熔覆前對(duì)基材表面進(jìn)行除銹去污處理至表面光潔。使用Ni25/WC混合粉末，WC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%（選用WC類型為球形鑄造WC，通過多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)WC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)，熔覆層宏觀形貌良好，無裂紋，熔覆層內(nèi)孔洞缺陷少）。2種粉末形貌如圖1所示，2種顆粒均呈現(xiàn)較為規(guī)則的球形，具有良好的流動(dòng)性，便于送粉，Ni25粉末元素組成如表1所示。配制前將2種粉末置于干燥箱充分干燥，干燥溫度為110 ℃，干燥時(shí)間為1 h，粉末冷卻至室溫后配粉。

圖1 Ni25和WC粉末形貌

表1 Ni25元素成分及含量

1.2 熔覆設(shè)備及工藝

熔覆設(shè)備如圖2所示。采用銳科RFL-C1000激光器搭配六自由度機(jī)器人，以氬氣為運(yùn)載保護(hù)氣體，在開放氣氛下進(jìn)行單道和多道搭接熔覆試驗(yàn)。單道工藝參數(shù)為：搭接率50%，激光功率850 W，掃描速度4、8、12 mm/s（試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)繼續(xù)增大掃描速度至16 mm/s時(shí)，涂層厚度過小，涂層成形效率太低）。對(duì)單道涂層進(jìn)行制樣觀測(cè)后發(fā)現(xiàn)，掃描速度為12 mm/s時(shí)，涂層組織更細(xì)密，晶粒尺寸更小。在激光功率和搭接率不變的條件下，采用12 mm/s掃描速度進(jìn)行多道搭接試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)2種基面角度，分別為0°基面與90°基面，熔覆時(shí)保證激光束與基面垂直，如圖3所示。

1.3 涂層組織觀察及性能測(cè)試

對(duì)單道涂層切割拋光后，利用掃描電鏡（ZEISS Sigma 300）觀測(cè)截面形貌。多道涂層經(jīng)制樣后，利用王水腐蝕20 s，掃描電鏡進(jìn)行微觀組織分析，X射線衍射儀（XRD，D/MAX-2500）分析熔覆層物相組成，利顯微硬度計(jì)（THV-1MDT）測(cè)量樣品的顯微硬度，摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)（M-2000）測(cè)試樣品的摩擦磨損性能，載荷為250 N，時(shí)間1 h，磨環(huán)材料GCr15鋼，直徑為40 mm，轉(zhuǎn)速為200 r/min，硬度為60HRC。使用白光干涉三維表面輪廓儀（Phase Shift MicroXAM- 3D）觀測(cè)試樣磨損形貌。

圖2 激光熔覆機(jī)器人系統(tǒng)

圖3 0°和90°基面角度熔覆

2 結(jié)果和分析

2.1 熔覆層宏觀形貌

圖4為2種涂層的單道和多道形貌，可以發(fā)現(xiàn)2種熔覆方案下的涂層表面連續(xù)且平整，無氣孔裂紋缺陷，具有金屬光澤，表明在熔覆過程中涂層未被氧化和過燒。

2.2 單道涂層截面形貌分析

圖5為2種基面角度下粉末流示意圖和不同掃描速度單道涂層截面形貌。由圖5可知，在2種基面角度下，隨著掃描速度的增加，涂層厚度依次減小，這是因?yàn)樵谒头勐什蛔兊臈l件下，隨著掃描速度的增加，進(jìn)入熔池的粉末減少，導(dǎo)致涂層厚度減小。圖5a表明0°基面熔覆時(shí)，3種掃描速度下的單道涂層均呈明顯的兩側(cè)對(duì)稱的半圓或半橢圓形，最大厚度分別為4.45、2.25、1.49 mm。90°基面熔覆時(shí)，單道涂層的形心明顯向下側(cè)偏移，最大厚度分別為3.82、1.96、1.37 mm，0°涂層厚度明顯高于90°涂層。

一般而言，在熔覆試驗(yàn)前，為提高粉末利用率，均需保證基板表面在粉末流的交匯處，如圖5a中最左側(cè)的粉末流圖所示。在此條件下，粉末流匯聚于熔池，進(jìn)入熔池左右兩側(cè)的粉末數(shù)量相當(dāng)，故單道涂層截面形貌呈現(xiàn)左右對(duì)稱的半圓或半橢圓形。如圖5b中最左側(cè)粉末流圖所示，當(dāng)基面角度為90°時(shí)，在重力作用下，粉末流向下偏移，進(jìn)入熔池上側(cè)的粉末減少，進(jìn)入熔池下側(cè)的粉末增多，部分粉末無法進(jìn)入熔池，導(dǎo)致涂層厚度減小，同時(shí)由于基體豎直放置，熔池內(nèi)合金熔液受重力影響，出現(xiàn)向下滑落的趨勢(shì)，但由于激光熔覆快速凝固的特點(diǎn)，熔液在滑落前凝固，導(dǎo)致涂層形心向下側(cè)偏移。

2.3 多道涂層物相及微觀組織分析

圖6為2種多道涂層的XRD圖譜。2條曲線峰的數(shù)目、角度位置一致，表明組成涂層的物相種類相同，均由FeNi3、Ni2B、W2C和WC等相組成，其中W2C相由粉末中的WC顆粒在激光作用下部分分解產(chǎn)生。

圖4 2種涂層單道和多道形貌

圖5 2種基面角度粉末流及不同掃描速度單道涂層截面形貌

圖6 2種涂層的XRD圖譜

圖7為2種多道涂層截面低倍SEM形貌。2種涂層無明顯裂紋缺陷，僅出現(xiàn)少量孔洞，WC顆粒在2種熔覆層中分布較為均勻，0°涂層中WC顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為3.00%，90°涂層WC顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為1.33%。圖7中也可以明顯看出，WC顆粒分布數(shù)量明顯多于90°涂層。對(duì)截面上WC顆粒尺寸進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在0°涂層中，直徑大于60 μm的WC顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為2.40%，90°涂層中直徑大于60 μm的WC顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.76%，0°涂層中較大尺寸WC顆粒占比明顯多于90°涂層。由表1可得，Ni25粉末的主要成分為Ni（質(zhì)量分?jǐn)?shù)86.8%），其密度為8.9 g/cm3，WC的密度為15.63 g/cm3。由圖1可知，Ni25顆粒和WC顆粒尺寸相近，90°熔覆時(shí)，在重力、運(yùn)載氣體及空氣阻力的作用下，密度較大的WC顆粒向下偏移量大于Ni25顆粒，未進(jìn)入熔池的WC顆粒更多，使得熔覆層中WC顆粒含量降低，同時(shí)尺寸較大的WC顆粒偏移量更大，更難進(jìn)入熔池，導(dǎo)致涂層中尺寸較大的WC顆粒比例降低。

圖8為2種多道涂層高倍SEM圖。2種涂層中，WC顆粒邊緣無氣孔、裂紋等缺陷，圍繞WC顆粒周圍生成了一圈小尺寸等軸晶，說明WC顆粒與Ni25形成了良好結(jié)合。2種涂層均以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的胞狀晶為主，0°涂層平均晶粒尺寸約為3.71 μm，90°涂層的平均晶粒尺寸約為5.05 μm。從圖8中也可以看出，90°涂層網(wǎng)格更加稀疏，表明其晶粒尺寸更大。這是因?yàn)?0°熔覆時(shí)，在重力作用下，粉末向下偏移，進(jìn)入熔池的粉末減少，在激光功率和掃描速度不變的情況下，粉末吸收的能量增多。在相同傳熱條件下，熔覆材料吸收的能量增多會(huì)導(dǎo)致晶粒變大[20]。

圖7 2種涂層的低倍截面形貌

圖8 2種涂層的微觀組織

2.4 多道涂層顯微硬度及耐磨性分析

圖9為2種涂層的硬度數(shù)據(jù)，測(cè)量過程中避開未融化的WC顆粒。從圖9a中可以看出，硬度曲線分為三部分——涂層區(qū)域、熱影響區(qū)和基體，2條硬度曲線在3個(gè)區(qū)域均出現(xiàn)多個(gè)交點(diǎn)。對(duì)涂層硬度進(jìn)行定量分析，如圖9b所示，0°涂層平均顯微硬度為446.67HV0.2，90°涂層平均顯微硬度為456.13HV0.2。GB/T 4340.2—2012表明，維氏硬度計(jì)測(cè)量顯微硬度時(shí)，硬度計(jì)的最大允許誤差在200HV0.2為6%，450HV0.2為9.5%[21]。2種涂層顯微硬度差值均在硬度計(jì)最大允許誤差范圍內(nèi)，可認(rèn)為2種涂層硬度無顯著差異，同時(shí)2種涂層硬度從熔覆層到基體呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律，表明不同基面角度對(duì)涂層硬度無顯著影響。

圖10為2種涂層的摩擦因數(shù)曲線。從圖中可以看出，摩擦磨損過程分為磨合和穩(wěn)定磨損2個(gè)階段。在磨合階段，由于試樣和磨環(huán)不穩(wěn)定接觸，摩擦因數(shù)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，隨著試驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行，進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段，2種涂層摩擦因數(shù)曲線趨于穩(wěn)定，0°涂層的摩擦因數(shù)明顯小于90°涂層的摩擦因數(shù)（穩(wěn)定磨損階段摩擦因數(shù)分別為0.22和0.24）。涂層中的WC增強(qiáng)顆粒改變了磨損機(jī)制，在磨損過程中，當(dāng)磨環(huán)與WC陶瓷增強(qiáng)顆粒相遇時(shí)，可以防止細(xì)小磨屑的產(chǎn)生，從而降低摩擦因數(shù)[22-24]。0°涂層中，WC顆粒含量更高，對(duì)摩擦因數(shù)的影響更顯著。

圖11為2種涂層的磨損量和磨損率，0°涂層的磨損量為4 mg，磨損率為0.002 6 mg/m，90°涂層的磨損量和磨損率分別為12 mg和0.008 mg/m，0°涂層具有更小的磨損率。

為進(jìn)一步分析2種涂層的磨損情況，對(duì)磨損表面的三維輪廓進(jìn)行了表征，如圖12所示。圖12a—b顯示2種涂層磨損表面均呈現(xiàn)許多相互平行的溝槽，90°涂層磨痕表面伴隨有更多的顆粒狀凸起。由圖12c可以看出，0°涂層的磨損寬度為3.1 mm，磨痕深度為31 μm。90°涂層的磨痕寬度為3.9 mm，磨痕深度為70 μm。結(jié)合磨損表面三維輪廓（圖12a—b）和截面深度曲線，可以看出0°涂層的磨損體積更小，表明0°涂層具有更好的耐磨性。

一般認(rèn)為，涂層的耐磨性和硬度相關(guān)，在一定范圍內(nèi)，耐磨性和硬度呈正相關(guān)的變化規(guī)律[25-26]。本次試驗(yàn)中，2種涂層的硬度無較大差別，但耐磨性差異明顯。為進(jìn)一步研究2種涂層的磨損機(jī)理，對(duì)涂層磨損表面的微觀形貌進(jìn)行了觀測(cè)，如圖13所示。從圖13可以看出，在2種涂層磨損表面均檢測(cè)到WC顆粒，WC顆粒周圍未出現(xiàn)裂紋以及WC顆粒脫落現(xiàn)象。0°涂層磨損表面出現(xiàn)光滑的犁溝，WC顆粒附近涂層材料出現(xiàn)堆積和局部撕裂剝落，磨損表面出現(xiàn)少量的磨屑。90°涂層磨損表面整體呈現(xiàn)較為粗糙且分布有大量的顆粒狀磨屑，這與圖12b中90°涂層磨痕表面觀測(cè)到大量顆粒狀凸起一致。

圖9 2種涂層截面顯微硬度

圖10 2種涂層的摩擦因數(shù)曲線

圖11 2種涂層磨損量和磨損率

0°涂層磨損表面出現(xiàn)材料堆積和撕裂現(xiàn)象表明涂層發(fā)生了明顯的黏著磨損。由于WC顆粒具有極高的硬度和耐磨性，在試驗(yàn)過程中，WC顆粒周圍的材料先被摩擦環(huán)表面的微小凸起形成的微切削效應(yīng)去除，表現(xiàn)為光滑的犁溝；隨后凸出的WC顆粒與摩擦環(huán)接觸，極小接觸面積造成接觸點(diǎn)較大的局部應(yīng)力[27]。過大的局部應(yīng)力使接觸點(diǎn)產(chǎn)生黏著或焊合，表現(xiàn)為WC附近形成材料局部堆積，隨著試驗(yàn)的繼續(xù)進(jìn)行，在循環(huán)應(yīng)力的作用下，堆積點(diǎn)產(chǎn)生疲勞，材料被撕裂，涂層表面出現(xiàn)剝落坑，如圖13a所示。90°涂層磨損表面出現(xiàn)大量的磨屑，表明涂層的磨損機(jī)理主要為磨粒磨損。WC顆粒可以有效防止磨損過程中微小磨屑的產(chǎn)生[20-22]，但是90°涂層中WC顆粒含量更低，磨損過程中產(chǎn)生大量的磨屑，形成磨粒磨損。

圖12 2種涂層磨損表面三維輪廓和截面深度曲線

圖13 2種涂層磨損表面

3 結(jié)論

1）2種基面角度下制備的Ni25/WC涂層主要由FeNi3、Ni2B及WC等相組成，涂層成形良好，與基體冶金結(jié)合，僅出現(xiàn)少量氣孔，無明顯裂紋。

2）不同基面角度對(duì)涂層的單道形貌的影響較為明顯，0°涂層截面兩側(cè)對(duì)稱，90°涂層截面形心向下側(cè)偏移，且涂層厚度低于0°涂層。熔覆過程中，基體表面為90°時(shí)，在重力作用下，粉末流向下偏移，部分粉末無法進(jìn)入熔池，使得單道涂層厚度降低，熔池內(nèi)的金屬熔液受重力影響向下滑落，激光熔覆快速凝固的特點(diǎn)使得熔液在滑落前凝固，導(dǎo)致涂層形心向下側(cè)偏移。

3）2種涂層的顯微硬度和物相組成無明顯差別，耐磨性卻出現(xiàn)顯著差異，0°涂層優(yōu)于90°涂層。90°涂層在熔覆過程中，在重力、運(yùn)載氣體及空氣阻力的作用下，混合粉末中密度更大的WC顆粒向下偏移量更大，未進(jìn)入熔池的大尺寸的WC顆粒更多，使得涂層中WC顆粒含量降低。WC顆粒含量影響涂層的磨損形式，0°涂層主要磨損形式為犁削作用和黏著磨損，90°涂層主要發(fā)生了磨粒磨損。磨損機(jī)理的不同是造成耐磨性差異的主要原因。

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Effect of Different Substrate Angles on Wear Resistance of Laser Cladding Ni25/WC Coating

a,b,a,b,a,b,a,c,a,b

(a. Civil Aviation Laser Manufacturing Technology Institute, b. College of Aeronautical Engineering, c. Engineering Technology Training Center, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, china)

It is an excellent surface repair technology by laser cladding, which has the advantages of small heat input, high bonding strength with substrate and high repair efficiency. To realize the repair of the inclined mold surface area and obtain stable quality repair coating, the influence of different substrate surface angles on the morphology and wear resistance of the laser cladding coating was studied.

Ni25/WC composite coating was prepared by laser cladding with different angles. Q235 steel is selected as the base materials and the surface is derusted and decontaminated until smooth and clean. Cladding experiments are carried out with RFL-C1000 laser at two different substrate angles, the laser power is 850 W, the scanning speed of single track cladding layer is 4, 8, 12 mm/s, respectively; The multi-pass cladding speed is 12 mm/s and the overlap between the two adjacent is 50%. Samples are prepared by wire cutting and polishing machine, and corrode the cross sections of samples with aqua regia. Then, observe the microstructure of single track cladding layers and multi-pass cladding layers by scanning electron microscope (ZEISS Sigma 300). Analyze the phase composition of the coating by an X-ray diffractometer (D/MAX-2500) and measure the microhardness distribution from the composite coating to substrate by microhardness tester (THV-1MDT). The friction test is performed on wear tester (M-2000). Calculate the weight loss of the friction mill and observe the morphology by a three-dimensional profilometer and scanning electron microscope after the friction surface.

When the inclination angle of the substrate surface to the ground was 90°, under the action of gravity, the powder flows downward, and some powders cannot enter the molten pool, resulting in the reduction of the thinkness of the single coating. The metal melt in the molten pool slides downward under the influence of gravity. The rapid solidification of laser cladding makes the melt solidify before sliding, resulting in the downward deviation of the coating centroid. Under the action of gravity, carrier gas and air resistance, the downward displacement of WC particles with higher density in the mixed powder is greater, resulting in more WC particles can’t enter the molten pool, which reduces the content of WC particles in the coating. WC particles content affect the wear form of the coating. The main wear forms of the 0° coating are ploughing and adhesive wear, and the 90° coating is mainly abrasive wear. The section shape and thinkness of a single coating at different substrate surface angles are different. The 0° coating presents a semicircle or semi ellipse with more symmetrical sides and greater thinkness, and the centroid of the 90° coating shifts downward with gravity. The phases of the coating are the same, which are composed of FeNi3, Ni2B and WC. The microhardness of 0° coating is 446.67HV0.2and 90° coating is 456.13HV0.2. The wear rate of 0° coating is 0.002 6 mg/m and 90° coating is 0.008 mg/m. The wear resistance of 0° coating is better than that of 90° coating. Different wear mechanism is the main reason for the difference of wear resistance.

laser cladding; nickel base alloy; composite coating; substrate angles; friction and wear

Th117

A

1001-3660(2022)12-0371-09

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.12.038

2021–09–21；

2021–11–30

2021-09-21；

2021-11-30

國(guó)家自然科學(xué)基金（52172360）；中國(guó)民航大學(xué)研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目（2021YJS034）

National Natural Science Foundation of China (52172360); Scientific Research Innovation Project for Graduate Students of Civil Aviation University of China (2021YJS034)

王濤（1979—），男，博士，教授，主要研究方向?yàn)榧す馊鄹苍霾闹圃臁?shù)字化制造。

WANG Tao (1979-), Male, Doctor, Professor, Research focus: laser cladding additive manufacturing, digital manufacturing.

王浩（1985—），男，碩士，副教授，主要研究方向?yàn)楹娇詹考?shù)字化制造與修復(fù)、激光制造技術(shù)

WANG Hao (1985-), Male, Master, Associate professor, Research focus: digital manufacturing and repair of aviation components, laser manufacturing technology.

王濤, 王長(zhǎng)宏, 朱磊, 等. 不同基面角度對(duì)激光熔覆Ni25/WC涂層耐磨性的影響[J]. 表面技術(shù), 2022, 51(12): 371-379.

WANG Tao, WANG Chang-hong, ZHU Lei, et al. Effect of Different Substrate Angles on Wear Resistance of Laser Cladding Ni25/WC Coating[J]. Surface Technology, 2022, 51(12): 371-379.

責(zé)任編輯：萬長(zhǎng)清