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cBN 微粒粒径及含量对Ni-cBN 复合镀层结构及高温耐磨性的影响

2021-12-09刘静王帅星王万成汪镇涛杨由凯杜楠

表面技术 2021年11期

刘静,王帅星,王万成,汪镇涛,杨由凯,3,杜楠

(1.中国航发西安动力控制有限公司,西安 710077;2. 南昌航空大学 材料科学与工程学院,南昌330063;3.中国航发南京轻型航空动力有限公司,南京 210000)

航空发动机中许多关键部件(压气机叶片叶尖、封严篦齿等)工作在高温、高速旋转等恶劣工况下,表面磨损是其主要的失效方式之一[1-2]。为了提高这些关键零组件的使用寿命和可靠性,往往需要涂覆高温耐磨涂层。目前,热喷涂、激光熔覆、电沉积是制备高温复合涂层的主要技术手段[3-6]。

复合电沉积是通过电沉积方法使金属与固体微粒发生共沉积而形成镀层,因其制备工艺简单、涂层成分设计范围宽等优点,在制备耐磨镀层上更具竞争力。目前,Ni-金刚石、Ni-SiC、Ni-Al2O3等复合耐磨镀层已得到广泛研究,并获得了相当规模的工程应用,如石油钻探探头的耐磨涂层、光伏行业切割硅片所用的金刚石线锯等[7-12]。然而,金刚石、SiC 等颗粒的高温稳定性不佳,SiC 颗粒在800 ℃时即开始氧化,人造金刚石在使用温度超过600 ℃后,易与铁系金属发生化学反应[13],不适宜用于高温及高速摩擦环境。

cBN 具有类似金刚石的晶体结构,硬度仅次于金刚石,但热稳定性远优于金刚石,在空气中开始氧化的温度达到1200 ℃,是目前已知高温稳定性最好的硬质陶瓷粉体[5,12-15]。因此,若选择cBN 颗粒作为耐磨第二相颗粒,金属Ni 作为基体相,通过电沉积法形成Ni-cBN 复合镀层,将有助于提高镀层的耐磨性及高温稳定性。

大量研究表明,复合镀层中颗粒的复合量决定了镀层的摩擦学性能[9-11],复合量多少适宜、如何提高复合量是关键问题。……

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