等离子熔覆碳化铬涂层组织结构分析

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碳化铬涂层组织结构分析

由于所有样品都具有良好且相似的界面结合, 所以选取S1界面为例, 等离子熔覆涂层与基体界面结合处的SEM图像, 从扫描图中可以看出, 熔覆涂层与基体之间存在一条明亮连续的熔合带, 且未发现明显的未熔合、裂纹和孔洞等缺陷, 表明复合涂层与基体形成了良好的冶金结合。同时, 受热流扩散的影响, 发现在熔覆层底部, 粗大的柱状晶垂直于界面, 沿着涂层方向生长。图2b—f为熔覆涂层的中上部组织, 从S1中可以看出, 涂层中主要是黑色块状相、灰色长板条状相, 且黑色块状相主要分布在长板条相的周围, 这些不同尺度的相弥散分布在灰色的基体中。随着陶瓷相含量的增加, 长板条相在S2、S3中明显变短变厚, 黑色块状相含量减少。直到S4、S5中, 黑色块状相消失, 主要是板条状相成长为六角形、菱形的深灰色相。

从点分析结果可以看出, 黑色块状相A和长板条相B中主要含有Cr、C两种元素, 且这两种元素存在一定的原子比关系;结合XRD结果分析推测, A和B分别为Cr23C6、Cr7C3。根据吉布斯自由能的计算, Cr23C6具有优先形成的趋势, 其自由生长成的长板条限制着黑色块状相的聚集生长, 使得黑色块状相分布在长板条的周围, 尺寸较小。而在陶瓷相含量较低时, Cr、C含量较低, 形成了较多的Cr23C6;随着陶瓷相的增加, 熔池中的液体成分逐渐靠近共晶成分, 优先形成的Cr23C6向Cr7C3逐渐转变。这是因为, S4、S5中高Cr、C的熔池液体处于过共晶成分, 在随后的冷却过程中, 已成长的Cr23C6组织在一个温度区间内全部转变为Cr7C3。进一步观察发现, 在碳化铬晶粒间存在许多树枝晶C。根据点成分分析, C比较接近于Ni3S相, 灰色的基体D主要为γ-Ni固溶体。图3c是S4的SEM图, 图3d为局部放大图。在S4、S5中, 根据成分分析, 碳化物主要是Cr7C3。Fredriksson也提出在高铬和中铬的合金系中, 碳化物主要以Cr7C3的形式存在。