Inconel617簡介：?該合金在熱腐蝕領(lǐng)域中如硫化環(huán)境，尤其是高達(dá)1100℃循環(huán)的氧化和碳化環(huán)境中具有極好的耐腐蝕能力。這些耐腐蝕性加上出色的機械性能，使這種合金特別適用于高溫領(lǐng)域。在高達(dá)1100℃高溫下具有很好的瞬時和長期機械性能。應(yīng)用于工業(yè)和航空汽輪機部件、空氣加熱器、馬弗罐和輻射館、高溫?zé)峤粨Q器、閥和彈簧、高溫氣體冷卻核反應(yīng)堆，如核反應(yīng)堆高溫部件-氦/氦介質(zhì)熱交換器、化工設(shè)備、石化工業(yè)中的螺旋管和管道等。

研究表明，Inconel617合金材料在實際應(yīng)用中以耐腐蝕性、高溫抗氧化性能和耐磨性為主。但是其本身耐磨性比較低，不利于汽輪機持久工作。提高這種合金的性能和壽命，取決于其材料中氣體含量、顯微組織、表面的致密化等。Inconel617材料的顯微組織細(xì)化、成分均勻化能提高其耐腐蝕性、高溫抗氧化性和耐磨性等12-3。Inconel617合金工作時工作面主要在其表面，為了大幅度提高其耐磨性，在合金表面涂覆一層陶瓷粉末WC-CoCr。WC-CoCr的耐磨性極好，可采用熱噴涂或高能束處理形成一定厚度的涂層。

1?試驗方法

1.1?試樣制備

選取Inconel617合金作為基體材料，化學(xué)成分原子百分含量為：22% Cr、12.5% Co、9% Mo、1.2% Al、0.07%C、1.5% Fe、0.5% Mn、0.5% Si、0.008% S、0.3% Ti、0.2%Cu,余量為Ni。試樣尺寸為φ30mm×6mm。首先，對尺寸規(guī)格為φ30mm×6mm的Inconel617合金表面進(jìn)行打磨，消除線切割帶來的切削加工痕跡。涂層要與基體結(jié)合良好，基體表面需要有一定的粗糙度，因此要對其表面進(jìn)行噴砂處理，最后用丙酮對試樣浸泡、刷洗，以清除試樣表面的油污、銹蝕及其他污染物。其次，再進(jìn)行高速火焰噴涂，涂層厚度約為200μm。熱噴涂工藝流程如圖1所示。本次試驗所用設(shè)備為桂林電子科技大學(xué)高能束裝備及工藝研究室SEB(J)6/60/40/30型電子束加工集成系統(tǒng)。該集成系統(tǒng)裝備4把電子束發(fā)射槍，集電子束熔煉、提純、焊接、懸浮區(qū)熔、表面掃描處理于一體，是復(fù)合型多功能高能電子束裝備。采用線掃描方式對表面噴WC-CoCr的Inconel617合金試樣進(jìn)行單道熔覆處理，焊室真空度為3×10?Pa,槍室真空度為1×10?Pa。加速電壓50kV,聚焦電流350mA,束流60mA,掃描速度1000mm/min。

1.2試驗方法

采用電火花線切割機床將試件割成小塊金相試樣和磨損試樣，并且對金相試樣進(jìn)行打磨、拋光、腐蝕處理，采用掃描電子顯微鏡對熔覆層組織進(jìn)行觀察，用顯微硬度計對試樣顯微硬度進(jìn)行測試，采用磨損試驗機對磨損試樣進(jìn)行耐磨性試驗[7-8]。

2試驗結(jié)果與討論

2.1?微觀組織分析

Inconel617合金噴WC-CoCr涂層截面形貌如圖2所示，左邊白色區(qū)域為WC-CoCr涂層，右邊灰色區(qū)域為Inconel617合金基體。高速火焰噴涂的WC-CoCr涂層與基體明顯為典型的機械結(jié)合，容易剝落。涂層中不可避免地存在細(xì)小孔隙和裂紋，嚴(yán)重影響其使用性能。

圖3為WC-CoCr涂層經(jīng)電子束熔覆處理后的截面形貌。在電子束處理過程中，涂層全部熔化的同時基體表面微熔，然后迅速冷卻，形成了合金層，實現(xiàn)了冶金結(jié)合。WC-CoCr涂層經(jīng)電子束熔覆處理后，截面形貌致密均勻，沒有氣孔和裂紋，和基體很好地結(jié)合在一起，如圖3(a)所示。在冷卻過程中，WC-CoCr涂層中WC形成了特殊的枝狀晶體，均勻分布在CoCr基體中，如圖3(b)所示。

2.2熔覆層顯微硬度分析

由圖4可見，電子束熔覆層的顯微硬度在1090~1110HV。3之間，約為Inconel617合金基體顯微硬度(480~490HVo?)的2.2~2.3倍，未處理前WC-CoCr涂層硬度約為895~910HVo3。由于熔覆層的顯微組織比較均勻細(xì)小，作為硬化相的WC和W?C分布也比較均勻，所以熔覆層整體顯微硬度沒有大的波動。由于在熔覆層和基體界面附近組織中WC和W?C很少，試樣的顯微硬度在接近界面處時快速下降至基體的顯微硬度。熔覆層表面硬度的顯著提高，有利于耐磨性能的改善。

2.3熔覆層耐磨性分析

圖5展示了基體表面和電子束熔覆處理后材料表面的耐磨性能，試樣經(jīng)過電子束熔覆處理后，耐磨性能相對于基體而言提高了7倍有余，熔覆層耐磨性的提高也是熔覆層整體性能改善的有效保證。熔覆層硬度、強度等綜合性能的提高是改善復(fù)合涂層性能的必然途徑與基本保證，同時促進(jìn)WC顆粒與Inconel617鎳基材間的結(jié)合強度，即提高了鎳基合金對WC顆粒的支承能力，這對提高熔覆層的整體耐磨性非常有利[9]。

在摩擦磨損過程中，主要是SiC砂紙中的硬質(zhì)SiC磨粒對較軟的CrCo基材產(chǎn)生嚴(yán)重的犁削作用，在表面磨劃出較深的劃溝。隨著摩擦磨損的進(jìn)行，包覆在WC顆粒表面的CrCo材料被大量磨削掉，使硬質(zhì)的WC顆粒凸露出來，在隨后的摩擦過程中，WC顆粒最先接觸到SiC磨粒，阻礙著SiC磨粒繼續(xù)對軟基體的磨削，起到一定的緩和作用。在循環(huán)的法向載荷擠壓和剪切應(yīng)力作用下，枝狀WC顆粒邊緣材料出現(xiàn)了少量的脫落，這些脫落的硬質(zhì)磨屑在隨后摩擦中又起著磨粒的作用，對CrCo基體進(jìn)行磨削，這是典型的磨粒磨損形式。

3結(jié)論

(1)?采用高速火焰噴涂和高能電子束表面熔覆方法相結(jié)合制備合金層。涂層與基體結(jié)合良好，為冶金結(jié)合。熔覆層WC和W?C為枝狀晶體，均勻分布在CoCr中。

(2)?Inconel617合金表面電子束熔覆WC-CoCr涂層可使顯微硬度由基體的480~490HVa?提高到1090~1110HVa30

(3)電子束熔覆陶瓷涂層WC-CoCr,可使基體耐磨性能提高7倍有余。