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合金元素对激光熔覆NiAl合金组织与性能的影响

姚标

  NiAl金属间化合物具有密度低、熔点高、导热性和高温抗氧化性极佳等一系列优点,是极具发展潜力的高温涂层材料,近年来受到国内外相关研究领域的广泛关注。目前通过表面改性措施制备NiAl合金涂层的工艺主要有气相沉积、磁控溅射和热喷涂等,然而由于受到这些措施自身技术条件的限制,制备的涂层与基体的界面结合能力较差,因而在一定程度上限制了其工程化应用。激光熔覆作为一种先进的表面改性技术,可制备出稀释度小、组织致密及与基体结合良好NiAl涂层,从而能有效地发挥NiAl金属间化合物的性能优势。 本文采用激光熔覆技术,以45#钢为基体材料,NiAl金属间化合物为熔覆层基材,通过向其中分别添加不同含量的Y和Fe,制备出NiAlY和NiAlFe合金涂层,系统研究了合金元素Y和Fe对NiAl合金涂层组织与性能的影响规律。此外,本文还通过向NiAl中添加少量的B、Si元素,采用不同激光扫描速度制备了NiAlBSi合金涂层,研究了激光扫描速度对NiAlBSi合金涂层组织与性能的影响。利用X射线衍射仪、扫描电镜、电子探针、显微硬度计、摩擦磨损试验机和热重分析仪,对各合金涂层的相组成、微观组织、成分、显微硬度、耐磨性和抗高温氧化性能进行了分析。 不同成分的NiAlY合金涂层主要是由NiAl树枝晶组成,由于Y的脱氧、净化作用,有效的抑制了涂层中Al2O3相的形成;但当Y含量超过1.5at.%时,因过量的Y2O3来不及排出而保留在了熔覆层中,甚至部分Y元素还参与了合金化形成Al5Y3O15相;Y元素的加入降低了NiAl合金涂层的硬度,但有效的提高了合金涂层的耐磨性和抗高温氧化性能;但随着Y含量的增加,涂层的耐磨性和抗高温氧化性能降低。不同成分的NiAlFe合金涂层主要是由单相NiAl金属间化合物组成;熔覆层呈典型的树枝晶组织,且随着Fe含量的增加,树枝晶组织逐渐细化;但涂层硬度和耐磨性则均呈现出先增后降的变化趋势,且在Fe含量为10at.%时,涂层的硬度和耐磨性最高;Fe元素的加入,导致合金涂层表面形成了疏松多孔、极易脱落的富Fe氧化膜,致使合金涂层的抗高温氧化性能随Fe含量的增加而降低。激光熔覆NiAlBSi合金涂层也是由树枝状NiAl金属间化合物组成;但随着扫描速度的增加,树枝晶生长取向有所不同,且因熔覆层凝固速率增加,致使树枝晶组织逐渐细化,涂层的硬度逐渐增加;此外,涂层的耐磨性和抗高温氧化性能随激光扫描速度的增加呈现出先增后降的变化趋势,且在激光扫描速度为4mm/s时,合金涂层的耐磨性和抗高温氧化性能达到最高。……   
[关键词]:激光熔覆;NiAl;合金元素;显微组织;性能
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:大连理工大学2011年