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激光熔覆碳化硼增强镍基复合层组织与性能研究

王承伟

   随着现代工业的发展,对机械产品零件的表面性能要求越来越高,在普通金属材料表面制备复合材料涂层,可以改善材料的表面性能,延长机电产品的使用寿命、减少环境污染。本文采用外加B_4C、外加镀镍B_4C和氧化硼+石墨原位生成B_4C熔覆粉末,通过激光熔覆,在碳钢表面获得了三种碳化硼增强的镍基合金熔覆层。采用扫描电镜、X射线衍射仪等测试手段及耐磨性试验,对获得的熔覆层的微观组织结构和磨损性能进行了系统的分析。 通过激光熔覆获得外加B_4C增强镍基合金熔覆层,熔覆层中分布着深灰色的细小树枝晶和黑色颗粒相。随着扫描速度加快或熔覆粉末中B_4C含量增多,熔覆层中的热应力加大,裂纹倾向增加。大量实验表明,在激光功率2000W,扫描速度120mm/min,光斑直径5mm,熔覆材料中B_4C含量为10%的情况下,可以获得组织性能良好,与基体呈冶金结合的外加B_4C颗粒增强镍基合金熔覆层。熔覆层抗磨损性能是基体的4倍,在重载荷长时间工作条件下,熔覆层中部分B_4C颗粒镍基合金基体上脱落,造成整体磨损性能下降。 外加镀镍B_4C增强镍基合金熔覆层与基体结合良好,无裂纹产生。镀镍技术改变了B_4C粒子表面状态,减小了B_4C粒子与镍基粉末之间的热膨胀系数差,熔覆层中热应力和裂纹倾向减小;表面镀镍减少了B_4C粒子的分解,同时增加了B_4C粒子的润湿性,所以在熔覆层中弥散分布着大量的B_4C粒子。熔覆层的显微硬度在HV_(0.1)1200左右,未熔的B_4C粒子牢固“钉扎”在镍基基体上,提高了熔覆层整体抗磨损性能。 氧化硼和石墨可以通过原位反应生成B_4C。在激光功率1600W,扫描速度120mm/min,光斑直径5mm,熔覆粉末中(B_2O_3+C)含量为25%时可以获得成形美观,组织性能良好的原位生成B_4C增强镍基合金熔覆层。熔覆层的显微硬度随(B_2O_3+C)含量增加而增大,当(B_2O_3+C)含量达到25%时,熔覆层平均硬度在HV_(0.1)1000左右。熔覆层中原位生成的B_4C粒子与镍基基体牢固结合,增强了熔覆层的抗磨损性能。 三种熔覆层中,外加镀镍B_4C增强镍基合金熔覆层和原位生成B_4C增强镍基合金熔覆层组织性能优异,后者由于工艺简单,更适合应用于工业生产。……   
[关键词]:激光熔覆;镍基合金;碳化硼颗粒;耐磨性
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:山东大学2009年