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金属学及金属工艺
原位自生颗粒增强镍基激光熔覆涂层研究
激光熔覆陶瓷颗粒增强金属基复合涂层是一项先进的表面技术,它可改善材料表面性能,如耐磨性、耐蚀性、抗氧化、抗热震能力等。在该技术中,通常是将陶瓷颗粒增强相直接加入到涂敷材料中,但由于外加陶瓷相与合金基体的热物性参数差异较大,相容性差,使得增强相/基体界面结合强度较低,成为涂层中产生微裂纹等缺陷的潜在源,影响涂层强度。而激光熔覆原位自生陶瓷增强复合涂层的方法是在激光照射下,通过元素之间或元素与化合物之间的原位反应,在涂层内原位生成一种或几种高强度、高弹性模量的陶瓷增强相,从而达到强化基体的效果。由于这种增强体是原位形核、长大的热力学稳定相,其表面无污染,因而避免了与基体相容性不良的问题,且界面结合强度高。本文采用激光熔覆技术制备了几种原位自生颗粒增强的镍基复合涂层,对其制备、组织和耐磨性等进行了系统研究,结果和主要结论如下: 一、激光熔覆原位自生TaC颗粒增强镍基复合涂层研究 (1)在A3钢表面激光熔覆Ni60+(Ta_2O_5+C)混合粉末,首次成功制备出形貌良好、性能改善、原位自生TaC颗粒增强的镍基复合涂层;最佳制备工艺为:(Ta_2O_5+C)含量20wt%,离焦量47mm,激光功率1.6kW,扫描速度2mm/s; (2)Ni60+20wt.%(Ta_2O_5+C)熔覆层组织为:原位生成的TaC颗粒和Cr的碳化物枝状增强相均匀分布在γ(Ni)固溶体和晶间共晶体双相基体中; (3)原位自生TaC颗粒增强镍基复合涂层平均硬度HV_(0.3)1100,与纯Ni60熔覆层(平均硬度HV_(0.3)800)相比,提高37.5%。摩擦试验表明,其耐磨性是纯Ni60涂层的5倍。原位TaC颗粒增强相的生成及其均匀分布是其显微硬度和耐磨性得以大大提高的关键因素。 二、WC增强镍基合金激光熔覆层研究 (1)在A3钢表面上激光熔覆Ni60+(WO_3+C)合金粉末,可获得形貌完好、组织致密、耐磨性优良的镍基复合涂层。合适的工艺参数为:(WO_3+C)含量15%、离焦量50mm,激光功率1.6kW,扫描速度2mm/s; (2)Ni60+15wt.%(WO_3+C)熔覆层组织组织结构主要为WC颗粒相和枝状相弥散分布在γ(Ni)基体中。由于WO_3与C反应最初在高温下生成W_2C,继续反应才生成WC。又激光熔覆过程是一个急热急冷的过程,所以很难控制WO_3的含量和保证WC的生成,在熔覆层中原位生成的WC含量较少; (3)Ni60+15wt.%(WO_3+C)熔覆层平均硬度达HV_(0.3)1100,与纯Ni60熔覆层相比,耐磨性提高1.7倍。这是由于加入15%(WO_3+C)的复合涂层的细晶强化、固溶强化及马氏体相变强化的共同作用。 三、原位合成硼化物颗粒增强镍基合金激光熔覆层研究 (1)在A3钢表面激光熔覆Ni60+(MoO_3+B_2O_3)混合粉末,可以得到无裂纹的光滑的激光熔覆层。合适的工艺参数为:(MoO_3+B_2O_3)含量15%、离焦量50mm,激光功率1.6kW,扫描速度2mm/s; (2)Ni60+15wt.%(MoO_3+B_2O_3)激光熔覆层中上部组织为硼、碳化合物的网状共晶体分布在γ(Ni)基体中; (3)与纯Ni60熔覆层相比,加入适当比例(MoO_3+B_2O_3)的镍基复合熔覆层,虽然硬度稍有降低,但其耐磨性明显提高。这是由于加入(MoO_3+B_2O_3)后的涂层中粗大块状相消失,韧性相增加,以及涂层中共晶组织细化的结果。
硕士论文
《郑州大学》 2007年硕士论文

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