Microstructure and tribological properties of Co-Ti3SiC2 self-lubricating composite coatings on 304 stainless steel by laser cladding

Abstract

采用激光熔覆同步送粉法在304不锈钢上制备出自润滑耐磨涂层，熔覆粉末配比为纯Co，Co-2% Ti3SiC2（质量分数，下同）和Co-8% Ti3SiC2。借助扫描电子显微镜（SEM），能谱分析仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）对熔覆涂层进行表征，系统地研究304不锈钢与涂层在室温和600℃下的摩擦学性能与磨损机理。结果表明：激光熔覆Co-Ti3SiC2涂层的平均显微硬度高于基体（240.3HV0.5），N1，N2和N3涂层的硬度分别为285.7HV0.5，356.3HV0.5和463.8HV0.5，涂层主要由连续基体γ-Co固溶体，硬质相Fe2C，Cr7C3和TiC，润滑相Ti3SiC2组成。在室温下，基体和N1，N2，N3涂层的摩擦因数分别为0.56，0.62，0.68和0.42，N1，N2，N3三种涂层的磨损率分别为9.15×10-5，7.81×10-5，4.66×10-5 mm3/（N·m），均明显低于基体（66.42×10-5 mm3/（N·m））；在高温下，基体和N1，N2，N3涂层的摩擦因数为0.66，0.54，0.52和0.46，N1，N2，N3三种涂层磨损率分别为37.79×10-5，35.6×10-5，18.83×10-5 mm3/（N·m），均低于基体（41.3×10-5 mm3/（N·m））。在室温和600℃下，涂层具有高于304不锈钢基体的显微硬度，且Co-8% Ti3SiC2涂层呈现出最好的自润滑耐磨性能。