等离子喷焊层的物相分析

3.1 XRD 结果与分析

3.1.1 Co 基合金喷焊层XRD 分析

图3.1为Co 基等离子喷焊层的XRD 图谱。由图3.1可知，Co 基合金喷焊层的相结构为γ-Co 、Cr 23C 6、Cr 7C 3和(Cr ，Fe)7C 3。γ-Co 仅在421 °C 以上稳定存在，低于此温度即转变为向稳定的hcp 点阵。室温条件下，平衡凝固的Co 基固溶体是hcp 点阵。由于钴基合金粉末中含有一定量的Ni ，而且Ni 有稳定fcc 点阵的作用；另外，等离子喷焊为快速凝固过程，高温状态γ-Co 相在快速凝固冷却过程中来不及发生相的转变，故在喷焊层中，Co 以面心立方的γ-Co 固溶体组织存在，可以推断其中还有固溶有Cr ，Ni 和W 等元素[24, 25]。

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100

100

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300

400

C P S

2θ/(︒)

∇−γ-Co ♦-Cr 23C 6 -Cr 7C 3

∇

♦ ∇

♦

♦∇

∇

♦

图3.1 Co 基等离子喷焊层的XRD 图谱

由于合金粉末中含有大量的Cr 元素，Cr 是中强碳化物形成元素。含量较高时主要和C 结合形成碳化物Cr 7C 3和Cr 23C 6。由于Fe 和Cr 同处于元素周期表的第III 副族，而且原子半径相近，Cr 的碳化物中的部分Cr 可以被 Fe 取代，形成M 7C 3 (M=Cr ，Fe)型初生碳化物，并且在随后的凝固过程中，会有可能转化为稳定性更好的Cr 23C 6 型碳化物，形成以γ-(Co, Ni) 和Cr 23C 6 组成的共晶组织[26]。

其它合金元素含量较低，大部分以固溶体的形式存在于喷焊层中。 3.1.2 加入5 %的Cr 3C 2喷焊层XRD 分析

图3.2是Co 基中加入5 %的Cr 3C 2 的等离子喷焊层的XRD 图谱。由图3.2可知，喷焊层的相结构为γ-Co 、Cr 23C 6 和Cr 7C 3 相，在Co 基喷焊层中加入Cr 3C 2后，Cr 3C 2 在等离子弧的作用下分解出Cr 、C 元素，增加了熔池中C 、Cr 的含量，使Cr/C 的

值降低，喷焊层中富含Cr 、C 区域易于形成亚稳定的Cr 7C 3，从此不难得出Cr 23C 6 生成量降低[20]。

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C P S

2θ/(︒)

∇−

γ-Co

♦−

C r 23C 6 −Cr 7C 3

∇

∇

∇

♦♦♦

∇

图3.2 5 %的Cr 3C 2的等离子喷焊层的XRD 图谱

3.1.3 加入10 %的Cr 3C 2喷焊层XRD 分析

图3.3是Co 基中加入10% 的Cr 3C 2的等离子喷焊层的XRD 图谱。由图3.3可知，喷焊层的相结构为γ-Co 、Cr 23C 6、Cr 7C 3和Cr 3C 2相，在Co 基喷焊层中继续增加Cr 3C 2的量，随着Cr 3C 2的加入量的增大，由于Cr 3C 2过量，一部分Cr 3C 2在熔池中溶解，一部分以未熔的Cr 3C 2形式保留下来，即X 射线衍射检测出Cr 3C 2化合物。图3.2中未检测出未熔的Cr 3C 2，主要是因为喷焊过程中Cr 3C 2颗粒全部被熔解或者是含量极低，再加上检测面选择的随意性，所以图3.2中没有检测出Cr 3C 2。

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400

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C P S

2θ/(︒)

∇−γ -Co ♦−Cr

23C 6 −Cr 7C 3

∙−Cr

3C 2

∇

∇

∇

∇

♦♦

♦♦

∙

∙

图3.3 10 %的Cr 3C 2的等离子喷焊层的XRD 图谱

3.1.4 加入20 %的Cr 3C 2喷焊层XRD 分析

图3.4是Co 基中加入20 %的Cr 3C 2的等离子喷焊层XRD 图谱。由图3.4可知，喷焊层的相结构为γ-Co 、Cr 23C 6、Cr 7C 3和Cr 3C 2相。加入20 % 的Cr 3C 2，涂层中的Cr/C 值降低了，使涂层生成硬度极高的碳铬化合物相Cr 7C 3，随着Cr 3C 2加入量的增加，涂层中开始出现大量未熔的Cr 3C 2，这些碳铬化合物相的增加有利于涂层性能的改善。

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400

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C P S

2θ/(︒)

∇−γ-Co ♦−Cr 23C 6

−Cr 7C 3∙−Cr 3C 2

∇

∇

∇

∇

♦

♦♦♦

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图3.4 20 %的Cr 3C 2的等离子喷焊层的XRD 图谱