激光熔覆Stellite6-TiCN復(fù)合涂層的組織及性能研究.pdf

1、基于高能量密度激光束的3D打印即增材制造(material additive manufacturing)變革了產(chǎn)品的制造方式，成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。3D打印對(duì)塑料等高分子材料的打印趨于成熟，而對(duì)金屬材料及陶瓷材料的打印因涉及熱應(yīng)力開裂等問題而進(jìn)展緩慢。
　　本文選用Stellite6/TiCN混合粉末為原材料，通過優(yōu)化激光工藝參數(shù)、改善成分配比制備Stellite6/TiCN復(fù)合涂層，采用激光熔覆技術(shù)研究復(fù)合涂層的組織及性能，為

2、3D打印的原材料選擇提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。
　　Stellite6良好的自我脫氧和造渣的性能，有助于獲得氧化物含量低、氣孔率少的熔覆層;其優(yōu)異的浸潤(rùn)性對(duì)合金的流動(dòng)性及表面張力產(chǎn)生有利影響。TiCN兼有TiC和TiN兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，如高熔點(diǎn)、高硬度、耐磨性、熱穩(wěn)定性，以及良好的潤(rùn)濕性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性、化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性。
　　利用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、電子探針、顯微硬度計(jì)、磨損試驗(yàn)和鹽霧腐蝕箱等方法表征或

3、檢測(cè)所制備的激光熔覆層的組織、相組成、硬度、耐磨性及耐蝕性。
　　通過多組工藝參數(shù)對(duì)比Stellite6/TiCN復(fù)合涂層，并結(jié)合熔覆層的組織和性能測(cè)試，本實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后的激光工藝參數(shù)為:最佳激光輸出功率P=4kW，激光束光斑直徑D=2mm，激光束掃描速度V=7mm/s，搭接率1mm，Ar氣保護(hù)。熔覆層由熔覆區(qū)、熱影響區(qū)和基體區(qū)組成。從熔池與基體界面到熔覆層表面存在不同的凝固形態(tài)，依次為平面晶（在界面處）、胞狀晶和樹枝晶。
　　

4、熔覆層合金粉末成分配比Stellite6+(0～50％wt.)TiCN呈現(xiàn)梯度遞變。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，若不添加TiCN熔覆粉末，分布均勻的純Stellite6熔覆層組織比較粗大;若添加了TiCN粉末后，熔覆層組織顯然細(xì)化，表明TiCN粉末的添加有助于熔覆層組織細(xì)化晶粒。此外，由于激光束熱源快熱快冷的特點(diǎn)，熔覆層的凝固速度和熔池中TiCN的濃度對(duì)TiCN再次析出的生長(zhǎng)形貌具有一定的影響。當(dāng)TiCN含量較少（0～20％wt.）時(shí)，TiCN完全固

5、溶于共晶組織中，并未析出TiCN，顯微組織由初析樹枝晶（γ-Co相）和枝間共晶((Cr, Mo)23C6、(Cr, Fe)7C3)組成;隨TiCN含量的增加（大于30％wt.），熔覆層以TiCN的熔合-析出機(jī)制為主，且組織中析出了TiCN。
　　激光熔覆Stellite6/TiCN合金粉末中TiCN的含量對(duì)復(fù)合涂層的平均顯微硬度有顯著的影響。當(dāng)TiCN的含量達(dá)到30％wt.時(shí)，復(fù)合涂層的平均硬度最大為1027HV0.2，相比于基體

6、平均硬度(183.3HV0.2)提高了約560％。室溫下的磨粒磨損實(shí)驗(yàn)表明，激光熔覆層有效地改善了基體表面的耐磨性能，硬質(zhì)相TiCN顆粒及其高溫分解產(chǎn)物起到了有效承載作用，很好地降低了其表面磨損量。
　　Stellite6/TiCN復(fù)合涂層與基體40CrNiMo置于鹽霧腐蝕箱內(nèi)連續(xù)噴霧（5％的氯化鈉水溶液)8h，以模擬海水環(huán)境的加速腐蝕方法來測(cè)定其耐腐蝕性能。腐蝕速率:30％wt.(TiCN)＜20％wt.(TiCN)＜50％wt