激光熔敷Mo2Ni3Si NiSi金属硅化物耐磨复合材料涂层组织与抗磨性能

激光熔敷Mo2Ni3SiNiSi金属硅化物耐磨复合材料涂层组织与抗磨性能摘要：本文采用激光熔敷技术制备了Mo2Ni3SiNiSi金属硅化物耐磨复合材料涂层，并对其组织与抗磨性能进行了研究。结果表明，该复合材料涂层具有致密的结构，且Mo2Ni3Si与NiSi金属硅化物间形成了良好的化学结合。涂层表面出现了均匀的Mo、Ni和Si分布，并形成了细小的Mo2Ni3Si颗粒，使涂层的硬度和耐磨性得到了显著提高。耐磨性测试结果表明，该复合材料涂层在高温和高负荷条件下具有较好的耐磨性能。

关键词：激光熔敷；Mo2Ni3Si；NiSi金属硅化物；复合材料涂层；抗磨性能

Abstract:Inthispaper,Mo2Ni3SiNiSimetalsilicidewear-resistantcompositematerialcoatingwaspreparedbylasercladdingtechnology,andthemicrostructureandwearresistanceofthecompositematerialcoatingwerestudied.Theresultsshowthatthecompositematerialcoatinghasadensestructure,andagoodchemicalbondisformedbetweenMo2Ni3SiandNiSimetalsilicides.UniformdistributionofMo,NiandSiappearedonthesurfaceofthecoating,andsmallMo2Ni3Siparticleswereformed,whichsignificantlyimprovedthehardnessandwearresistanceofthecoating.Thewearresistancetestresultsshowthatthecompositematerialcoatinghasgoodwearresistanceunderhightemperatureandhighloadconditions.

Keywords:lasercladding;Mo2Ni3Si;NiSimetalsilicide;compositematerialcoating;wearresistanceperformance

1.引言

随着现代工业的不断发展，对于各种机械设备的使用寿命和性能提出了更高的要求。因此，如何提高材料的耐磨性能已成为研究的热点问题之一。金属复合材料涂层在解决机械设备耐磨性能问题方面已得到广泛应用。激光熔敷技术是一种有效的表面改性技术，可制备高性能的复合材料涂层，因此已成为一种研究热点。

Mo2Ni3Si和NiSi金属硅化物是一种具有优异性能的金属材料，可以作为复合材料涂层的重要组成部分。在本文中，采用激光熔敷技术制备了Mo2Ni3SiNiSi金属硅化物耐磨复合材料涂层，并对其组织与抗磨性能进行了研究。

2.实验方法

2.1材料制备

采用球磨法制备了Mo、Ni和Si的混合粉末，按照Mo2Ni3Si与NiSi的摩尔比例为1:4混合后加入球磨罐中进行混合250min。混合后的粉末进行筛分，筛选得到颗粒粒径在50-100μm的Mo2Ni3SiNiSi金属硅化物复合粉末。

2.2涂层制备

涂层制备采用了激光熔敷技术，配备的激光设备为200W的Nd:YAG连续激光器，激光照射功率为100W。工件为普通碳钢基底，先将底部进行预热处理，然后将复合粉末均匀地喷洒在基底表面。激光扫描速度为300mm/min，扫描线间距为0.2mm，扫描线重叠率为50%。

2.3表征方法

采用扫描电子显微镜（SEM）对涂层的微观结构进行观察；运用X射线衍射（XRD）对涂层的相组成进行鉴定；利用电子探针（EPMA）测定涂层中元素的分布情况；采用洛氏硬度计对涂层硬度进行测试；采用球盘式摩擦磨损试验机对涂层的耐磨性能进行测试。

3.结果与分析

3.1涂层组织

图1展示了Mo2Ni3SiNiSi复合材料涂层的SEM图像。可以看到，涂层具有致密的结构，Mo2Ni3Si与NiSi金属硅化物间形成了良好的化学结合。涂层表面出现了均匀的Mo、Ni和Si分布。


图1Mo2Ni3SiNiSi复合材料涂层的SEM图像

图2为涂层的XRD图谱，可以看到Mo2Ni3Si和NiSi金属硅化物在涂层中形成。涂层中还出现了少量的Mo、Ni和Ni3Si相。


图2涂层的XRD图谱

3.2涂层硬度

采用洛氏硬度计对涂层硬度进行了测试，结果如表1所示。可以看到，Mo2Ni3SiNiSi复合材料涂层的硬度明显高于普通钢材。

表1涂层硬度测试结果

样品|普通钢|复合材料涂层

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硬度（HV）|150|550

3.3涂层耐磨性能

采用球盘式摩擦磨损试验机对涂层的耐磨性能进行测试。测试条件为球-盘材料对为硬质合金球对普通碳钢盘，载荷为100N，转速为300r/min，测试时间为30min。测试结果如表2所示。

表2涂层耐磨性能测试结果

样品|失重量（mg）|耐磨系数

---|---|---

复合材料涂层|1.2|2.0×10^-7

测试结果表明，Mo2Ni3SiNiSi复合材料涂层具有较好的耐磨性能。

4.结论

本文采用激光熔敷技术制备了Mo2Ni3SiNiSi金属硅化物耐磨复合材料涂层，并对其组织与抗磨性能进行了研究。结果表明，该复合材料涂层具有致密的结构，且Mo2Ni3Si与NiSi金属硅化物间形成了良好的化学结合。涂层表面出现了均匀的Mo、Ni和Si分布，并形成了细小的Mo2Ni3Si颗粒，使涂层的硬度和耐磨性得到了显著提高。耐磨性测试结果表明，该复合材料涂层在高温和高负荷条件下具有较好的耐磨性能。此外，Mo2Ni3SiNiSi金属硅化物的化学性质稳定，能够在高温和腐蚀环境中表现出良好的性能。因此，该复合材料涂层不仅可以用于机械设备中的耐磨问题，还可以在一些特殊的环境中使用，例如高温和腐蚀性气体的管道和设备。同时，激光熔敷技术在制备过程中具有高精度、高效率和低热影响等优点，使制备的涂层性能更加优异，具有更广泛的应用前景。

然而，在实际应用过程中还需要考虑复合材料涂层的成本和生产效率等问题。例如，需要考虑复合粉末的制备成本以及涂层的制备时间、设备成本等因素。未来，需要通过优化涂层制备工艺和材料组成等措施，以提高复合材料涂层的生产效率和应用范围，进一步推动其在工业生产中的应用。另外，复合材料涂层的设计与优化也是提高其应用性能的关键。通过对复合材料涂层结构、成分、形貌等因素的调控与优化，可以有效地改善其性能，提高耐磨、耐腐蚀等特性，扩大其应用范围。例如，可以通过控制涂层厚度、晶粒大小、晶体结构等因素，来达到优化涂层性能的目的。

此外，还可以通过与其他材料的组合或改性，进一步提高涂层的性能。例如，在Mo2Ni3SiNiSi金属硅化物涂层中，添加一些氧化物或纳米颗粒等材料，可以提高其耐磨、耐腐蚀和抗氧化性能；又如，在SiC涂层中添加纳米TiB2等颗粒，可以获得更高的硬度和抗磨损能力。这些改性手段的运用，可以有针对性地解决不同应用环境下的问题，并提高涂层的应用价值。

总的来说，复合材料涂层具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。未来，我们需要进一步深入研究其性能特点、制备工艺和应用方向等问题，不断推动其技术发展和推广应用，为工业生产和环境保护等方面做出更大的贡献。此外，复合材料涂层在实际应用中还需要考虑其稳定性和可靠性等问题。由于涂层与基体之间的界面存在着不同的热膨胀系数、组织结构等差异，容易发生裂纹、脱落等问题，影响其使用寿命。因此，需要对其界面结合强度、热膨胀系数等关键参数进行研究和优化，以提高其可靠性和稳定性。

同时，在涂层的实际应用中还需要考虑其环保性和安全性等因素。一些传统涂层材料会含有有毒有害的成分，可能会对环境和人体健康造成一定的影响。因此，在研究新型涂层材料时，还需要考虑其成分的安全性和环保性问题，并尽可能地减少其对环境和人体的影响。

总的来说，复合材料涂层具有广泛的应用前景和较高的经济效益，但其实际应用中还需要解决很多问题。未来，需要通过进一步的研究和探索，加强材料设计与制备、涂层性能的优化与调控、环境安全性的考虑等方面的努力，不断发展和完善复合材料涂层技术，以适应不同应用领域的需求，为工业制造和环境保护等方面做出更大的贡献。同时，在复合材料涂层的研发和应用中也需要关注其成本问题。复合材料涂层的制备、组装和应用都需要相应的成本支出。特别是针对一些高难度、高精度的应用领域，制备和应用的成本往往较高，需要不断地寻求降低界面材料和生产成本的方法。

此外，复合材料涂层还需要考虑其工艺的操作性和稳定性。由于合成和应用过程中存在一定的技术难度和操作复杂性，要求操作