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本文利用等离子堆焊技术在低碳钢基体表面制备了Co基合金涂层(Co40)、添加20%及40%Cr3C2粒子的Co+Cr3C2复合涂层以及在此基础上进一步添加1%微米Ti的Co+Cr3C2+Ti涂层、添加1%纳米CeO2的Co+Cr3C2+CeO2涂层和复合添加的Co+Cr3C2+Ti+CeO2涂层。在研究两种Cr3C2含量对Co40涂层影响的基础上,主要研究了添加Ti及纳米CeO2对复合涂层组织及相关性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)等手段研究了各涂层的组织结构;通过硬度试验、滑动磨损试验以及电化学腐蚀试验研究了各涂层的性能。XRD分析表明,Co40涂层主要相为γ-Co和Cr23C6;Co+Cr3C2复合涂层主要组成相为γ-Co、Cr23C6、Cr7C3、Cr3C2。添加CeO2的复合涂层未增加新相,而添加Ti后的复合涂层中增加了Ti C相。Co40涂层主要由发达柱状γ-Co枝晶固溶体和其间共晶组织(γ-Co+Cr23C6)组成。添加Cr3C2后明显改变了Co40涂层的组织特征,Co+20%Cr3C2涂层主要为相对细小均匀的枝晶固溶体及其间细密共晶组织,以亚共晶方式结晶;而Co+40%Cr3C2涂层组织主要由大量初生碳化物和细小枝晶与共晶组织组成,呈过共晶组织特征。与Co40涂层相比,Co+Cr3C2涂层显微硬度均提高40%以上,磨损失重降低至之前的1/2左右,耐蚀性明显提高。在Co+20%Cr3C2涂层添加1%Ti后,枝晶组织进一步细化,硬度虽降低11%,但耐蚀性提高。在Co+40%Cr3C2添加1%Ti后,粗大碳化物数量减少,分布均匀化,涂层硬度提高近1.2倍,耐磨性提高27.7%,且耐蚀性提高。研究表明,添加Ti有利于优先形成细小弥散Ti C粒子在后续结晶过程中细化与均匀化枝晶组织及一次碳化物。当在Co+Cr3C2中添加1%CeO2后,对Co+20%Cr3C2亚共晶和Co+40%Cr3C2过共晶组织均有明显细化与均匀化枝晶及初生碳化物的作用,特别是Co+40%Cr3C2+CeO2硬度提高了16.9%,耐磨性提高30%,耐蚀性得到改善。研究表明,未熔CeO2可作为非自发形核核心起细化与均匀化组织的作用,溶解的稀土元素由于在晶界的吸附特性也有利于细化组织。通过复合添加Ti和CeO2后,能充分发挥两者的作用,使Co+20%Cr3C2亚共晶涂层和Co+40%Cr3C2过共晶涂层组织更加细化与均匀化,复合涂层的硬度和耐蚀性比单独添加Ti与CeO2的涂层均提高。