王鵬春，路 陽，楊效田，肖榮振，楊曉偉

?

強(qiáng)制冷卻對感應(yīng)重熔Ni60合金涂層組織結(jié)構(gòu)的影響

王鵬春1, 2，路 陽1, 2，楊效田1, 2，肖榮振1, 2，楊曉偉1, 2

(1. 蘭州理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，蘭州 730050；2. 蘭州理工大學(xué) 省部共建有色金屬先進(jìn)加工與再利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730050)

采用超音速等離子噴涂技術(shù)在45號鋼基體上預(yù)制Ni60合金涂層，利用定向冷卻裝置在不同流量冷卻水條件下，對感應(yīng)重熔后的涂層進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。通過OM、SEM(EDS)、XRD等手段研究了不同流量冷卻水對感應(yīng)重熔涂層組織結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：隨著冷卻水流量的不斷增大，感應(yīng)重熔涂層的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了極大改變，涂層與基體之間形成了一條明顯的冶金結(jié)合帶；當(dāng)流量為80 L/h時，涂層中形成的“十字架”形結(jié)構(gòu)的定向凝固組織結(jié)構(gòu)致密細(xì)小，對稱性最好，且具有較好的取向一致性；晶粒沿[001]方向的偏離角較小，僅在0°~8°之間，而具有高度((200)晶面)擇優(yōu)取向趨勢。

Ni60涂層；感應(yīng)重熔；強(qiáng)制冷卻；定向凝固組織；擇優(yōu)取向

定向凝固組織由于很大程度上改善了材料的縱向力學(xué)性能和物理性能等，因此得到了迅速而廣泛的發(fā)展，其組織的主要優(yōu)點(diǎn)如下：結(jié)構(gòu)致密、力學(xué)性能各向異性；消除了橫向晶界，提高了材料抗高溫蠕變和疲勞的能力；能夠阻止裂紋擴(kuò)展、晶界滑移、位錯移動[1?3]，因此，可以被當(dāng)作耐磨骨架。蘇俊義等[4]對定向凝固的高鉻鑄鐵耐磨性研究時發(fā)現(xiàn)：碳化物定向纖維排列，其橫剖面的硬度高于縱剖面的，當(dāng)磨損面垂直于定向方向時，不易從基體剝落，對耐磨性有利。KOLESNICHENKO等[5?6]研究電弧沉積Fe-B合金時發(fā)現(xiàn)：垂直于對偶件摩擦表面的柱狀晶涂層的耐磨性優(yōu)于球狀晶和平行于摩擦表面的柱狀晶涂層，甚至在高載荷下，摩擦表面沒有咬合和開裂的痕跡。Ni基自熔性合金粉末由于其良好的工藝性能而被人們關(guān)注，廣泛被用于冶金、機(jī)械、礦山、石油、化工、汽車等行業(yè)的零件表面耐磨耐蝕保護(hù)涂層的制備。如果能夠在Ni基合金涂層中制備出定向凝固組織結(jié)構(gòu)，則涂層不但具有了特殊的定向晶組織結(jié)構(gòu)，而且這種結(jié)構(gòu)也使得涂層的性能如摩擦磨損性能得到提高，這樣就可以不再需要通過第二相的添加來提高涂層的性能，然而，目前關(guān)于這一技術(shù)的研究鮮見報道。高頻感應(yīng)加熱具有加熱速度快、可以實(shí)現(xiàn)涂層與基體冶金結(jié)合、提高涂層的致密性等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛的運(yùn)用于涂層的熔敷和重熔[7]。本文作者采用超音速等離子噴涂技術(shù)在45號鋼基體上預(yù)制Ni基合金涂層，然后采用高頻感應(yīng)加熱技術(shù)和自主設(shè)計(jì)的冷卻裝置對涂層進(jìn)行重熔及強(qiáng)制冷卻，分別研究重熔、強(qiáng)制冷卻涂層組織結(jié)構(gòu)特征，以及涂層相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變及元素分布特點(diǎn)，同時為定向凝固組織涂層的制備及其耐蝕性的研究提供相關(guān)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及預(yù)制涂層

實(shí)驗(yàn)用基體材料尺寸為100 mm×100 mm×13 mm的平板45號鋼，噴涂粉末為Ni60自熔性粉末，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，% )：15.0~17.0Cr、3.0~4.0B、3.5~5.0Si、0.6~1.2C、Fe含量小于17、Ni余量。噴涂前對基體進(jìn)行噴砂粗化、丙酮清洗。采用型號DH-2080超音速等離子噴涂系統(tǒng)在基體表面預(yù)制涂層，噴涂工藝參數(shù)如下：噴涂距離125 mm，噴涂電壓150 V，噴涂電流315 A，送粉電壓10 V，主要?dú)怏w為Ar，次要?dú)怏w為H2，噴涂涂層厚度約0.5 mm。最后線切割為30 mm的待處理工件。

1.2 涂層感應(yīng)重熔定向強(qiáng)制冷卻

采用SPG?30B高頻感應(yīng)加熱設(shè)備和自主設(shè)計(jì)的定向冷卻裝置對涂層進(jìn)行重熔后強(qiáng)制冷卻。感應(yīng)加熱功率4.5 kW，平面薄餅線圈與工件間隙3~4 mm，實(shí)驗(yàn)工件直徑為30 mm，涂層位于端面，冷卻水管距離基體底側(cè)約1~2 mm。冷卻水流量分別如下：0、20、80和120 L/h。工作原理如圖1所示。渦流加熱熔化涂層后，在基體一側(cè)通水強(qiáng)制冷卻。

圖1 感應(yīng)重熔定向強(qiáng)制冷卻裝置

1.3 分析測試方法

采用MEF3A金相顯微鏡進(jìn)行金相組織觀察；采用裝配EDS附件的Quanta450FEG場發(fā)射環(huán) 境/JSM?5600LV掃描電鏡觀察分析涂層的組織形貌及元素分布；采用D/MAX2500PC型X射線衍射儀進(jìn)行物相分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 預(yù)制涂層組織結(jié)構(gòu)分析

圖2所示為預(yù)制Ni60合金涂層的截面金相組織。從圖2中可以看出，涂層截面為層流半月狀熱噴涂組織結(jié)構(gòu)，由變形鋪展開的粒子、未熔顆粒及焊合區(qū)組成。搭接粒子之間存在孔洞，涂層與基體間結(jié)合界面清析可見，涂層與基體之間主要以機(jī)械結(jié)合為主[8?9]。

圖2 預(yù)制Ni60涂層截面金相組織

2.2 不同流量冷卻水對重熔涂層組織結(jié)構(gòu)的影響分析

圖3所示為不同流量冷卻水作用下的重熔涂層的截面及表面金相組織。由圖3可以觀察到，涂層與基體之間均形成一條平整的白亮帶，對其進(jìn)行EDS能譜點(diǎn)分析，其主要元素含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Fe 70.52%、Ni 21.5%、Cr 5.28%。分析認(rèn)為這是在感應(yīng)加熱過程中，界面處為第一高溫區(qū)[10]，界面處元素被激活使得涂層與基體元素相互擴(kuò)散，快速冷卻時，涂層元素留在基體中形成白亮帶[11?12]。圖4所示為涂層重熔強(qiáng)制冷卻后的截面面元素分布。由圖4可以明顯地看到，白亮帶處Fe、Ni和Cr元素富集，說明涂層與基體之間形成了良好的冶金結(jié)合，和重熔前比較，這極大地提高了涂層的結(jié)合強(qiáng)度。同時，涂層中的孔洞得到減少或消除，致密性得到提高。

從圖3(a)和(b)可以看出，白色的針狀、塊狀、棒狀相交錯分布于涂層上，結(jié)合圖4(a)中主要元素面分布發(fā)現(xiàn)，在此處主要富Cr，而Ni貧瘠，同時富Ni的地方，F(xiàn)e也有少量富集。整個面上Fe、Si、C、B元素分布較Ni、Cr元素分布稍均勻，但C、B元素在富Cr的地方也有輕微富集。當(dāng)流量為20、80、120 L/h時，冷卻速度不斷增大，涂層的組織結(jié)構(gòu)和元素分布發(fā)生了極大程度的改變。從圖3(c)、(e)、(g)可以看出，涂層主要由白色的柱狀晶、柱晶之間的灰色部分和部分糊狀晶區(qū)組成，同時，晶粒從界面向涂層表面，依次呈平面晶、胞狀柱晶、柱狀枝晶趨勢發(fā)展[13?14]，分析認(rèn)為這可能是由固液界面前沿成分過冷度的變化引起晶粒生長速度的變化導(dǎo)致的。隨著流量的增大，冷卻速度增加，使得形核率增大，而且凝固速度也將增大，最終使得柱狀晶來不及生長變得細(xì)化，而且隨著冷卻速度的增加，形核過冷度逐漸增加，使得二次枝晶臂逐漸增長[15]。從圖3(d)、(f)、(h)可以看出，涂層表面由白色的“十字架”形[16]的柱狀樹枝晶和灰色部分構(gòu)成，但是圖3(d)中十字架形對稱性差，分布不均勻，取向較亂，圖3(h)中枝晶十字架形分布均勻致密，取向一致，但對稱性不明顯，相比較圖3(f)中十字架形分布均勻致密，取向一致，并且對稱性最好。同時，結(jié)合圖4(b)面元素分布，發(fā)現(xiàn)柱狀枝晶處富Ni、Fe、Si元素，Cr、C元素貧瘠，然而Cr、C、B元素卻在柱狀枝晶之間大量富集。最終形成了一種元素相間定向分布的趨勢，這和強(qiáng)制冷卻涂層的組織結(jié)構(gòu)特征是相一致的。

圖3 不同流量冷卻水重熔涂層截面及表面的金相組織

圖4 不同流量冷卻水重熔涂層截面SEM像及主要元素分布

2.3 定向凝固組織涂層形成機(jī)理及晶粒生長取向分析

采用圖1所示的感應(yīng)重熔定向強(qiáng)制冷卻裝置對涂層進(jìn)行加熱熔化，然后強(qiáng)制冷卻，依據(jù)感應(yīng)加熱原理及強(qiáng)制冷卻特點(diǎn)，可得晶粒開始從界面處凝固形核長大，而涂層仍然處于比較高的溫度狀態(tài)，因此自下而上建立起了所需的溫度梯度，同時由于涂層只有0.5 mm厚，可忽略徑向散熱，基本保證了晶粒生長方向和熱流方向相反，最終建立了如圖5所示的定向凝固組織涂層生長模型。因此，當(dāng)流量分別為20、80和120 L/h時，涂層中形成了不同程度的定向凝固組織結(jié)構(gòu)。ZHOU等[17]中提到鎳基合金擇優(yōu)生長方向是[001]晶向，但實(shí)際發(fā)現(xiàn)隨著流量的不斷變化，晶粒的取向發(fā)生偏離。從圖3(c)、(e)、(g)可以看到，晶粒1的生長方向平行于[001]方向，晶粒2、3偏離[001]方向，將偏離角定義為，經(jīng)過簡單的幾何作圖統(tǒng)計(jì)測量可知：c1=e1=g1=0°，c2=10°、c3=30°，e2=e3=8°，g2=9°、g3=12°，即e2＜g2＜c2，e3＜g3＜c3，并且在涂層某些地方晶粒發(fā)生匯聚競爭生長，某些地方發(fā)生發(fā)散競爭生長[18]，分析認(rèn)為這可能是溫度場、溶質(zhì)場發(fā)生了變化導(dǎo)致的。當(dāng)流量為80 L/h時，可以看到晶粒沿[001]方向呈對稱匯聚競爭生長，并且在涂層表面形成了一相互交錯的痕跡，如圖3(f)所示，而且值較小(e2=e3=8°)，所以當(dāng)流量為80 L/h時，柱狀晶粒更加接近[001]擇優(yōu)生長方向，分析認(rèn)為可能是當(dāng)流量為80 L/h時，建立起了一個比較合適的溫度梯度，而且熱流的方向和晶體生長的方向比較一致。從圖3(c)、(e)、(g)中可以看到，柱狀晶粒分別在部分區(qū)域處發(fā)生合并生長，使得晶粒粗化，在部分區(qū)域處晶粒被淘汰[19]。

圖5 定向凝固組織涂層形成機(jī)理示意圖

2.4 涂層表面物相分析

圖6所示為預(yù)制涂層和流量為0和80 L/h重熔冷卻后涂層表面的SEM像，由圖6(a)可以看到，表面存在大量變形不充分的顆粒，顆粒之間發(fā)生了相互重疊擠壓變形而形成焊合區(qū)。由圖6(b)可以看到，在涂層表面析出了一些棒條狀、塊狀交錯分布的相。從圖6(c)可以看到，涂層強(qiáng)制冷卻后由柱狀晶和其之間的層片狀亞共晶相組成，使得組織結(jié)構(gòu)呈規(guī)律性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布。分別在圖6(a)、(b)、(c)中1、2位置多點(diǎn)進(jìn)行EDS能譜分析，求平均值得到涂層表面EDS能譜點(diǎn)成分分析結(jié)果，如表1所示。

圖6 不同流量冷卻水重熔涂層表面的SEM像

表1 涂層表面EDS能譜點(diǎn)分析結(jié)果

圖7所示為涂層表面的XRD譜。結(jié)合圖4、圖6和圖7綜合分析可知，Ni60涂層感應(yīng)加熱前物相為-Ni、FeNi3、Ni2.9Cr0.7Fe0.36、Cr23C6、Cr2B等，感應(yīng)加熱后出現(xiàn)新基體相-(Fe,Ni)，而未檢測到FeNi3，并且根據(jù)面元素分布狀況，可以發(fā)現(xiàn)大部分硬質(zhì)相Cr23C6、Cr2B應(yīng)該分布于棒條狀、塊狀結(jié)構(gòu)上。同樣，流量為80 L/h的重熔冷卻后涂層物相為-Ni、-(Fe,Ni)、Ni2.9Cr0.7Fe0.36、CrC、CrB等，柱狀枝晶由-(Fe,Ni)固溶體上彌散分布的部分硬質(zhì)相組成，大部分硬質(zhì)相分布在柱狀枝晶間的-Ni固溶體上，即在枝晶間析出了強(qiáng)化硬質(zhì)相，這和其對應(yīng)的元素分布結(jié)果保持了一致性，此晶間強(qiáng)化結(jié)構(gòu)為涂層耐磨性的提高打下了良好基礎(chǔ)[15?20]。-(Fe,Ni)固溶體形成主要是因?yàn)槔鋮s速度較大，液相無限互溶的Fe、Ni元素直接被保留下來。由圖7涂層表面XRD衍射譜(a)、(b)、(c)還可以發(fā)現(xiàn)，在衍射角45°、50°附近的衍射峰分別對應(yīng)(111)、(200)晶面，隨著冷卻速度的增大(111)晶面的衍射峰強(qiáng)度減小，然而(200)晶面對應(yīng)的衍射峰強(qiáng)度卻突然大幅增加，并且譜(c)和譜(a)和(b)比較衍射峰數(shù)目減少、細(xì)化，即流量為80 L/h時，(200)晶面對應(yīng)的衍射峰強(qiáng)度較高、細(xì)小且對稱，說明柱狀枝晶具有高度((200)晶面)擇優(yōu)取向趨勢。

圖7 不同流量冷卻水重熔涂層表面的XRD譜

3 結(jié)論

1) 采用強(qiáng)制冷卻的方法對經(jīng)過高頻感應(yīng)重熔的超音速等離子噴涂制備的Ni60合金預(yù)制涂層在冷卻水流量為0、20、80、120 L/h的條件下進(jìn)行強(qiáng)制冷卻凝固，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：強(qiáng)制冷卻使得涂層的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了極大程度的改變，在涂層與基體界面處均形成了一條冶金結(jié)合帶；當(dāng)流量為20、80、120 L/h時，涂層中不同程度地形成了柱狀晶結(jié)構(gòu)；比較可知冷卻水對重熔涂層元素的分布影響較大。

2) 當(dāng)流量為80 L/h時，柱狀枝晶偏離[001]方向的角度值較小，擇優(yōu)取向性較高。涂層表面形成了一定取向的比較細(xì)小致密分布的“十字架”結(jié)構(gòu)，且其對稱性最好，表明該流量下Ni60重熔涂層中形成的定向凝固組織結(jié)構(gòu)相對比較良好。

3) 高頻感應(yīng)重熔涂層的主要物相為-Ni、-(Fe,Ni)、Cr23C6、Cr2B等，強(qiáng)制冷卻后形成了-Ni、-(Fe,Ni)、CrC、CrB、Ni3Si相；當(dāng)流量為80 L/h時，涂層中形成的柱狀枝晶具有高度((200)晶面)擇優(yōu)取向趨勢；大部分分布在柱狀枝晶之間的硬質(zhì)相提高了柱晶晶界的強(qiáng)度，對涂層的耐磨性有利。

REFERENCES

[1] 李 勇, 鄭碰菊, 張建波, 劉 耀, 楊新濤. 定向凝固技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 材料導(dǎo)報, 2014, 28(12): 108?112.
LI Yong, ZHENG Peng-ju, ZHANG Jian-bo, LIU Yao, YANG Xin-tao. Research progress and prospect of directional solidification technology[J]. Materials Review, 2014, 28(12): 108?112.

[2] 蘇彥慶, 郭景哲, 劉 暢, 郭景杰, 賈 均, 傅恒志. 定向凝固技術(shù)與理論研究的進(jìn)展[J]. 特種鑄造及有色合金, 2006, 26(1): 25?30.
SU Yan-qing, GUO Jing-zhe, LIU Chang, GUO Jing-jie, JIA Jun, FU Heng-zhi. Progress in theory on directional solidification technology[J]. Special Casting and Nonferrous Alloys, 2006, 26(1): 25?30.

[3] 周振平, 李榮德. 定向凝固技術(shù)的發(fā)展[J]. 中國鑄造裝備與技術(shù), 2003(2): 1?3.
ZHOU Zhen-ping, LI Rong-de. Development of unidirectional solidification technique[J]. China Foundry Machinery and Technology, 2003(2): 1?3.

[4] 蘇俊義, 周慶德, 賈育丁, 張 征. 定向凝固的高鉻鑄鐵耐磨性研究初探[J]. 西安交通大學(xué)報, 1983, 17(4): 59?64.
SU Jun-yi, ZHOU Qing-de, JIA Yu-ding, ZHANG Zheng. An exploration on abrasive wear resistance of the unidirectional solidification high Cr cast iron[J]. Journal of Xi’an Jiaotong University, 1983, 17(4): 59?64.

[5] KOLESNICHENKO L F, POLOTAI V V, ILYUSHENKO V M. Study of the wear resistance of deposited eutectic alloys on iron base[J]. Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 1969, 8(9): 727?731.

[6] KOLESNICHENKO L F, POLOTAI V V. Directional solidification of alloys as a means of producing structures ensuring high wear resistance[J]. Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 1970, 9(7): 572?576.

[7] 路 陽, 馬郡珠, 楊效田, 肖榮振, 楊曉偉. Ni60優(yōu)化高鋁青銅SAPS—感應(yīng)重熔涂層組織結(jié)構(gòu)的研究[J]. 功能材料, 2014, 45(7): 7108?7115.
LU Yang, MA Jun-zhu, YANG Xiao-tian, XIAO Rong-zhen, YANG Xiao-wei. Investigation of organization structure optimized by Ni60 on high-aluminum copper alloy coating prepared by supersonic plasma spraying induction remelting[J]. Journal of Function Materials, 2014, 45(7): 7108?7115.

[8] 王智平, 劉俊釗, 路 陽, 楊效田. 超音速等離子制備多元鋁青銅合金涂層的組織[J]. 特種鑄造及有色合金, 2012, 32(1): 9?12.
WANG Zhi-ping, LIU Jun-zhao, LU Yang, YANG Xiao-tian. Microstructure of multi-element aluminum bronze coatings prepared by supersonic plasma spraying[J]. Special Casting and Nonferrous Alloys, 2012, 32(1): 9?12.

[9] 王東生, 田宗軍, 沈理達(dá), 劉志東, 黃因慧. 等離子噴涂納米復(fù)合陶瓷涂層的組織結(jié)構(gòu)及其形成機(jī)理[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2009, 19(1): 77?83.
WANG Dong-sheng, TIAN Zong-jun, SHEN Li-da, LIU Zhi-dong, HUANG Yin-hui. Microstructure and formation mechanism of plasma-sprayed nanostructured composite ceramic coatings[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2009, 19(1): 77?83.

[10] 蔚曉嘉, 赫虎在, 薛 錦. 涂層感應(yīng)重熔的電磁場與溫度場分布[J]. 西安交通大學(xué)學(xué)報, 1996, 30(7): 111?122.
WEI Xiao-jia, HAO Hu-zai, XUE Jin. The electromagnetic field and temperature distribution of induction fusing of coating[J]. Journal of Xi’an Jiaotong University, 1996, 30(7): 111?122.

[11] 劉俊玲, 龐富祥, 郭治安. 感應(yīng)重熔Ni60自熔合金涂層的組織結(jié)構(gòu)[J]. 煤炭學(xué)報, 1995, 20(2): 180?183.
LIU Jun-ling, PANG Fu-xiang, GUO Zhi-an. Microstructure of Ni60 self-fusing alloy coating by induction remelting[J]. Journal of China Coal Society, 1995, 20(2): 180?183.

[12] 韓桂泉, 張?jiān)鲋? 付躍文. 高頻感應(yīng)熔涂NiCrBSi合金涂層的組織與性能的研究[J]. 潤滑與密封, 2006(6): 95?97.
HAN Gui-quan, ZHANG Zeng-zhi, FU Yue-wen. Study on microstructures and properties of NiCrBSi alloy coating produced by high frequency induction cladding[J]. Lubrication Engineering, 2006(6): 95?97.

[13] QU Min, LIU Lin, CUI Yan, LIU Feng-bin. Interfacial morphology evolution in directionally solidified Al-1.5Cu alloy[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2015, 25(2): 405?411.

[14] RAMIREZ-LEDESMA A L, RODRíGUEZ-DíAZ R A, CHAVEZ-CARVAYAR J, ALVAREZ-FREGOSO O, JUAREZ- ISLAS J A. Effect of growth rate on microstructure and solute distribution of Al-Zn-Mg alloy[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2015, 25(5): 1391?1398.

[15] 肖 旋, 高 慈, 秦學(xué)智, 郭永安, 郭建亭, 周蘭章. 抽拉速率對定向凝固DZ483合金的微觀組織及力學(xué)性能的影響[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2013, 23(10): 2808?2816.
XIAO Xuan, GAO Ci, QIN Xue-zhi, GUO Yong-an, GUO Jian-ting, ZHOU Lan-zhang. Effects of withdrawal rate on microstructures and mechanical properties of directionally solidified DZ483 superalloy[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2013, 23(10): 2808?2816.

[16] 趙新寶, 高斯峰, 楊初斌, 張 軍, 劉 林. 鎳基單晶高溫合金晶粒取向的選擇及控制[J]. 中國材料進(jìn)展, 2013, 32(1): 24?37.
ZHAO Xin-bao, GAO Si-feng, YANG Chu-bin, ZHANG Jun, LIU Lin. Influence of crystal orientation on microstructure properties and its control for nickel-base single crystal superalloys[J]. Materials China, 2013, 32(1): 24?37.

[17] ZHOU Yi-zhou, SUN Xiao-feng. Effect of solidification rate on competitive grain growth in directional solidification of a nickel-base superally[J]. Science China Technology Sciences, 2012, 55(5): 1327?1344.

[18] 周亦胄, 金 濤, 孫曉峰. 雙晶鎳基高溫合金定向凝固過程的結(jié)構(gòu)演化[J]. 金屬學(xué)報, 2010, 46(11): 1327?1334.
ZHOU Yi-zhou, JIN Tao, SUN Xiao-feng. Structure evolution in directionally solidified bicrystals of nickel base super-alloys[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2010, 46(11): 1327?1334.

[19] 陳亞軍, 陳 琦, 王自東, 胡漢起, 劉玉敏, 連玉棟. 定向凝固過程中柱狀晶的生長機(jī)制[J]. 清華大學(xué)學(xué)報, 2004, 44(11): 1464?1467.
CHEN Ya-jun, CHEN Qi, WANG Zi-dong, HU Han-qi, LIU Yu-min, LIAN Yu-dong. Growth mechanism of column crystals in directional solidification[J]. Journal of Tsinghua University, 2004, 44(11): 1464?1467.

[20] 張 健, 譚小軍, 胡 玉, 郭 亮, 張慶茂, 劉頌豪. 高功率光纖激光器熔敷Ni60A合金的顯微組織及高溫摩擦磨損特性[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2015, 24(6): 1441?1448.
ZHANG Jian, TAN Xiao-jun, HU Yu, GUO Liang, ZHANG Qing-mao, LIU Song-hao. Microstructure and high power fiber laser cladding Ni60A coating[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2015, 24(6): 1441?1448.

(編輯 龍懷中)

Effect of forced cooling on microstructure of induction remelting Ni60 alloy coating

WANG Peng-chun1, 2, LU Yang1, 2, YANG Xiao-tian1, 2, XIAO Rong-zhen1, 2, YANG Xiao-wei1, 2

(1. College of Materials and Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China;2. State Key Laboratory of Advanced Processing and Recycling of Nonferrous Metals, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China)

The Ni60 alloy coating was prefabricated on 45 steel substrate by supersonic plasma spraying technology and fasted cooling was then conducted on the coating by directional cooling device under conditions of cooling water at different flux after induction remelting. The effect of cooling rate on the microstructures of the induction remelting coating was investigated by OM, SEM (EDS) and XRD, etc. The results indicate that the microstructures of the coating change greatly and the metallurgical bond forms between the coating and substrate with the increase of flux of the cooling water. When the flux of cooling water is 80 L/h, the directional solidification microstructures of the cross in the coating are dense and fine. The symmetry of the cross is perfect and the orientation of the cross is well consistent. Besides, its deviation angle is small with respect to the [001] direction and the range of deviation angle is 0°?8°. At the same time, it has a highly preferred orientation along the (200) crystallographic plane.

Ni60 coating; induction remelting; forced cooling; directional solidification microstructure; preferred orientation

Project(51165021) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project (2009DFR50570) supported by the National Science and Technology of China

2015-06-29; Accepted date: 2015-11-23

LU Yang; Tel: +86-13919178020; E-mail: luyang12357@163.com

1004-0609(2016)02-0375-08

TG146

A

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51165021)；科技部國際科技合作項(xiàng)目(2009DFR50570)

2015-06-29；

2015-11-23

路 陽，教授；電話：13919178020；E-mail: luyang12357@163.com