Inconel617简介： 该合金在热腐蚀领域中如硫化环境，尤其是高达1100℃循环的氧化和碳化环境中具有极好的耐腐蚀能力。这些耐腐蚀性加上出色的机械性能，使这种合金特别适用于高温领域。在高达1100℃高温下具有很好的瞬时和长期机械性能。应用于工业和航空汽轮机部件、空气加热器、马弗罐和辐射馆、高温热交换器、阀和弹簧、高温气体冷却核反应堆，如核反应堆高温部件-氦/氦介质热交换器、化工设备、石化工业中的螺旋管和管道等。

研究表明，Inconel617合金材料在实际应用中以耐腐蚀性、高温抗氧化性能和耐磨性为主。但是其本身耐磨性比较低，不利于汽轮机持久工作。提高这种合金的性能和寿命，取决于其材料中气体含量、显微组织、表面的致密化等。Inconel617材料的显微组织细化、成分均匀化能提高其耐腐蚀性、高温抗氧化性和耐磨性等12-3。Inconel617合金工作时工作面主要在其表面，为了大幅度提高其耐磨性，在合金表面涂覆一层陶瓷粉末WC-CoCr。WC-CoCr的耐磨性极好，可采用热喷涂或高能束处理形成一定厚度的涂层。

1 试验方法

1.1 试样制备

选取Inconel617合金作为基体材料，化学成分原子百分含量为：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,余量为Ni。试样尺寸为φ30mm×6mm。首先，对尺寸规格为φ30mm×6mm的Inconel617合金表面进行打磨，消除线切割带来的切削加工痕迹。涂层要与基体结合良好，基体表面需要有一定的粗糙度，因此要对其表面进行喷砂处理，最后用丙酮对试样浸泡、刷洗，以清除试样表面的油污、锈蚀及其他污染物。其次，再进行高速火焰喷涂，涂层厚度约为200μm。热喷涂工艺流程如图1所示。本次试验所用设备为桂林电子科技大学高能束装备及工艺研究室SEB(J)6/60/40/30型电子束加工集成系统。该集成系统装备4把电子束发射枪，集电子束熔炼、提纯、焊接、悬浮区熔、表面扫描处理于一体，是复合型多功能高能电子束装备。采用线扫描方式对表面喷WC-CoCr的Inconel617合金试样进行单道熔覆处理，焊室真空度为3×10⁻Pa,枪室真空度为1×10⁻Pa。加速电压50kV,聚焦电流350mA,束流60mA,扫描速度1000mm/min。

1.2试验方法

采用电火花线切割机床将试件割成小块金相试样和磨损试样，并且对金相试样进行打磨、抛光、腐蚀处理，采用扫描电子显微镜对熔覆层组织进行观察，用显微硬度计对试样显微硬度进行测试，采用磨损试验机对磨损试样进行耐磨性试验[7-8]。

2试验结果与讨论

2.1 微观组织分析

Inconel617合金喷WC-CoCr涂层截面形貌如图2所示，左边白色区域为WC-CoCr涂层，右边灰色区域为Inconel617合金基体。高速火焰喷涂的WC-CoCr涂层与基体明显为典型的机械结合，容易剥落。涂层中不可避免地存在细小孔隙和裂纹，严重影响其使用性能。

图3为WC-CoCr涂层经电子束熔覆处理后的截面形貌。在电子束处理过程中，涂层全部熔化的同时基体表面微熔，然后迅速冷却，形成了合金层，实现了冶金结合。WC-CoCr涂层经电子束熔覆处理后，截面形貌致密均匀，没有气孔和裂纹，和基体很好地结合在一起，如图3(a)所示。在冷却过程中，WC-CoCr涂层中WC形成了特殊的枝状晶体，均匀分布在CoCr基体中，如图3(b)所示。

2.2熔覆层显微硬度分析

由图4可见，电子束熔覆层的显微硬度在1090~1110HV。3之间，约为Inconel617合金基体显微硬度(480~490HVo₃)的2.2~2.3倍，未处理前WC-CoCr涂层硬度约为895~910HVo3。由于熔覆层的显微组织比较均匀细小，作为硬化相的WC和W₂C分布也比较均匀，所以熔覆层整体显微硬度没有大的波动。由于在熔覆层和基体界面附近组织中WC和W₂C很少，试样的显微硬度在接近界面处时快速下降至基体的显微硬度。熔覆层表面硬度的显著提高，有利于耐磨性能的改善。

2.3熔覆层耐磨性分析

图5展示了基体表面和电子束熔覆处理后材料表面的耐磨性能，试样经过电子束熔覆处理后，耐磨性能相对于基体而言提高了7倍有余，熔覆层耐磨性的提高也是熔覆层整体性能改善的有效保证。熔覆层硬度、强度等综合性能的提高是改善复合涂层性能的必然途径与基本保证，同时促进WC颗粒与Inconel617镍基材间的结合强度，即提高了镍基合金对WC颗粒的支承能力，这对提高熔覆层的整体耐磨性非常有利[9]。

在摩擦磨损过程中，主要是SiC砂纸中的硬质SiC磨粒对较软的CrCo基材产生严重的犁削作用，在表面磨划出较深的划沟。随着摩擦磨损的进行，包覆在WC颗粒表面的CrCo材料被大量磨削掉，使硬质的WC颗粒凸露出来，在随后的摩擦过程中，WC颗粒最先接触到SiC磨粒，阻碍着SiC磨粒继续对软基体的磨削，起到一定的缓和作用。在循环的法向载荷挤压和剪切应力作用下，枝状WC颗粒边缘材料出现了少量的脱落，这些脱落的硬质磨屑在随后摩擦中又起着磨粒的作用，对CrCo基体进行磨削，这是典型的磨粒磨损形式。

3结论

(1) 采用高速火焰喷涂和高能电子束表面熔覆方法相结合制备合金层。涂层与基体结合良好，为冶金结合。熔覆层WC和W₂C为枝状晶体，均匀分布在CoCr中。

(2) Inconel617合金表面电子束熔覆WC-CoCr涂层可使显微硬度由基体的480~490HVa₃提高到1090~1110HVa30

(3)电子束熔覆陶瓷涂层WC-CoCr,可使基体耐磨性能提高7倍有余。