熱作模具鋼激光熔覆Co-Ni基合金涂層工藝及性能.pdf

1、H13鋼具有淬硬性高，高溫強(qiáng)度、韌性好，常用于鋁合金、鋅合金、鎂合金和銅合金壓鑄模具制造。壓鑄模具服役期間，長期承受熱負(fù)荷、機(jī)械負(fù)荷和化學(xué)負(fù)荷，表面容易出現(xiàn)熱裂紋、磨損、變形和腐蝕等缺陷，嚴(yán)重影響H13鋼壓鑄模具壽命。激光熔覆技術(shù)能根據(jù)材料表面性能需求，制備具有良好機(jī)械性能（硬度、耐磨性能、抗熱疲勞性能）和耐腐蝕性能的涂層。本文通過激光熔覆技術(shù)，在H13鋼表面制備Co基和Ni基合金涂層，提高基體耐熱疲勞性能和耐磨性能。實驗內(nèi)容主要包括，

2、激光熔覆工藝參數(shù)優(yōu)化、微觀形貌觀察、物相分析和成分分布測試；性能測試方面，對涂層顯微硬度、熱疲勞性能和耐磨性能進(jìn)行了研究，并得出以下結(jié)論：
　　(1)利用JJM-1GXY-800B Nd:YAG激光器在H13鋼表面制備Co基合金涂層的優(yōu)化工藝為：掃描速度120mm/min，電流200A，脈寬6ms，頻率6Hz，離焦量+10mm，氣體流量5L/min，搭接率45％。
　　(2)優(yōu)化工藝后，H13鋼表面制備的Co基和Ni基合金涂

3、層，無明顯孔洞、裂紋且與基體呈冶金結(jié)合。兩種合金涂層組織形貌相似，涂層主要由細(xì)小枝晶和共晶組成。涂層從底部到表層依次為平面晶、胞狀晶、樹枝晶和等軸晶；涂層底部和中部晶粒具有方向性，表層晶粒不具有方向性。
　　(3) Co基合金涂層物相由γ-Co固溶體和M23C6化合物組成；Ni基合金涂層物相由γ-Ni固溶體和M23C6、M7C3、Ni3Fe、Ni3B等化合物組成。固溶體的存在和化合物的彌散分布，對涂層起到固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化作用。<

4、br>　　(4) Co基和Ni基合金涂層的橫截面顯微硬度從表面到基體逐漸降低。在細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化共同作用下，Co基合金涂層硬度最高可達(dá)706HV0.2，Ni基合金涂層硬度最高可達(dá)721HV0.2。接近冶金結(jié)合區(qū)，涂層受到基體中Fe元素擴(kuò)散而硬度降低。
　　(5)熱疲勞測試結(jié)果表明，熱循環(huán)試驗后樣品表面均有氧化物產(chǎn)生。熱循環(huán)500次后，H13鋼表面觀察到大量熱裂紋；熱循環(huán)1000次后，Ni基合金涂層表面觀察到少量熱裂紋；

5、而Co基合金涂層表面未觀察到熱裂紋。三種試樣的硬度，隨著熱循環(huán)次數(shù)增加而降低。熱循環(huán)1000次后，試樣表面硬度變化為，Co基合金涂層降低24.4%，Ni基合金涂層降低26.7%，H13鋼降低37.7%。綜上，抗熱疲勞性能Co基合金涂層>Ni基合金涂層>H13鋼。
　　(6)耐磨性能測試結(jié)果表明，常溫下耐磨性能為Ni基合金涂層>Co基合金涂層>H13鋼。在500℃下，耐磨性能為Co基合金涂層>Ni基合金涂層>H13鋼。熱循環(huán)1000