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钴基合金及其纳米复合材料激光熔覆涂层研究

李明喜

   在Ni基高温合金表面,激光熔覆钴基合金及其纳米氧化物颗粒复合材料涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜及XRD分析了熔覆层的组织结构。对熔覆层的硬度、耐磨性和高温抗氧化性等性能进行试验。研究了激光工艺参数、粉末供给方式、多道搭接、多层熔覆、基体、预热状态以及纳米材料的加入等对熔覆层的组织与性能的影响,结果如下。 Stellite 6,H?gan?s(HMSP 2528/2537)合金熔覆层主要组成相均为γ-Co,Cr_(23)C_6,HMSP 2537合金涂层中出现了亚稳相Co_3W_9C_4;CoNiCrAlY合金熔覆层的组成相为γ-Co、Ni2Y和Cr3Ni2SiC等。 Ni基合金熔覆层界面区宽且不规则,未出现45钢基体与熔覆层界面的平面结晶,向中心过渡为垂直于界面胞状晶、柱状枝晶等多种形态;熔覆层的近自由表面的结晶方向与激光扫描速度方向平行。随激光输入功率增大,基体溶入较多,且部分未完全熔化的颗粒在熔池中作为现成表面,使界面凝固形态发生变化。单层熔覆层组织细小致密,预热、搭接、多层熔覆的组织较粗大;在搭接、多层熔覆的界面区,发现重熔区界面部分晶粒的结晶方向继承了第一道的结晶方向,树枝晶的生长受择优取向的影响比热流的影响大。 加入纳米Al_2O_3、Y_2O_3的复合材料熔覆层中,凝固组织一次枝晶间距均得到细化;所加入的纳米增强颗粒较均匀地分布于熔覆层中,纳米颗粒的加入促进了向平衡相ε-Co的转变,且有新相形成(CoAl_2O_4),亚结构由位错转变为层错;发现Y_2O_3、Cr_(23)C_6与γ-Co晶格错配度很小。应尽量避免纳米颗粒的长大及局部团聚现象。 纳米材料的加入,熔覆层的硬度和耐磨性提高,当加入量为3%时,耐磨性反而下降。熔覆层的抗氧化性能比基体高,CoCrNiAlY合金熔覆层在1 100℃时的抗氧化性能比HMSP 2528/2537合金高,但其在1 300℃时抗氧化性能明显下降,而且表面出现少量熔化现象。 建立相关模型,对熔覆层凝固组织随工艺参数变化、复合材料熔覆层中颗粒均匀分布等机理进行探讨。 在滑(垫)块表面熔覆Sellite 6及HMSP 2537合金熔覆层已用于钢坯加热炉,效果良好。……   
[关键词]:激光熔覆;钴基合金;纳米氧化铝/氧化钇;复合材料涂层
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:东南大学2004年