激光熔覆制備Zr22Al10Bi5Cu30非晶復(fù)合涂層的研究.pdf

1、非晶態(tài)合金因其原子在三維空間排列長(zhǎng)程無(wú)序，僅保持短程有序，這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)決定了它具有許多晶態(tài)金屬所不具備的優(yōu)異性能，如高硬度、高強(qiáng)度及優(yōu)異的耐磨、耐腐蝕性能。本文采用激光加工技術(shù)在碳鋼表面制備出了Zr55Al10Ni5Cu30非晶復(fù)合涂層，以期在拓展非晶態(tài)材料應(yīng)用領(lǐng)域的同時(shí)提高碳鋼表面的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。
　　 首先，根據(jù)塊體非晶的玻璃形成能力及在激光加工條件下涂層與基體金屬的潤(rùn)濕性行為確定了激光熔覆的工藝參數(shù)。隨后利用激光多

2、層熔覆與激光快速重熔技術(shù)成功制備了Zr基非晶復(fù)合涂層，借助光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀、顯微硬度計(jì)、差示掃描量熱儀及電化學(xué)工作站，對(duì)復(fù)合涂層的物相、微觀組織結(jié)構(gòu)、顯微硬度、熱穩(wěn)定性及耐腐蝕性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，并且利用井式坩堝電阻爐對(duì)涂層試樣進(jìn)行了不同晶化溫度的熱處理，對(duì)比研究了晶化熱處理工藝對(duì)涂層組織結(jié)構(gòu)及性能的影響。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:涂層與基體結(jié)合良好，界面處無(wú)任何缺陷，涂層厚度約為660μm，涂層組織可以分為

3、富含非晶相的重熔層和晶體相較多的熔覆層。激光重熔層厚度約為200μm，內(nèi)部存在大面積無(wú)組織特征區(qū)域，腐蝕電位為-0.261V，腐蝕電流密度為0.573μA·cm-2，極化電阻為236.201Ω·cm-2，均明顯優(yōu)于涂層中部和底部組織的耐腐蝕性能。
　　 原始非晶復(fù)合涂層的主要物相為Al5Ni3Zr2、Ni10Zr7、NiZr和Cu10Zr7等鋯的金屬間化合物以及一些Cu、Zr和Al的氧化物。涂層上部近表面區(qū)域也即重熔層中非晶相相

4、對(duì)含量最高約為75vol.％，涂層中部距融合線350μm處和底部距融合線150μm處的非晶相相對(duì)含量分別約為16vol.％和24vol.％。
　　 原始涂層整體具有較高的硬度，硬度變化呈先上升后下降的形式，最大硬度可達(dá)1061HV0.1。隨著熱處理的進(jìn)行，涂層整體的硬度逐漸降低，變化趨于平緩。經(jīng)第二次晶化熱處理后涂層中的最高硬度值降為879.3Hv0.1。涂層的物相，微觀組織結(jié)構(gòu)及耐腐蝕性能隨熱處理的進(jìn)行也都發(fā)生了明顯變化。經(jīng)過(guò)

5、第一次在稍高于非晶晶化溫度的熱處理后，涂層中仍存在一定數(shù)量的非晶相，但是經(jīng)更高溫度的熱處理后，涂層呈完全晶化狀態(tài)，激光重熔層中已觀測(cè)不到無(wú)組織特征區(qū)域。晶化處理后晶體相仍為Cu10Zr7、Ni10Zr7、NiZr及Al3Zr5等Zr的金屬間化合物。另外，在熱處理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，重熔層的耐腐蝕性能明顯降低，但是其最終的腐蝕電位-0.440V仍然比熔覆層的腐蝕電位-0.453V和-0.583V要高，腐蝕電流密度仍比未晶化處理前涂層中部和底部的腐