激光熔覆制備Zr22Al10Bi5Cu30非晶復合涂層的研究.pdf

1、非晶態(tài)合金因其原子在三維空間排列長程無序，僅保持短程有序，這種獨特結(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非晶復合涂層，以期在拓展非晶態(tài)材料應用領域的同時提高碳鋼表面的力學性能和耐腐蝕性能。
　　 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基非晶復合涂層，借助光學顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀、顯微硬度計、差示掃描量熱儀及電化學工作站，對復合涂層的物相、微觀組織結(jié)構(gòu)、顯微硬度、熱穩(wěn)定性及耐腐蝕性能進行了較為系統(tǒng)的研究，并且利用井式坩堝電阻爐對涂層試樣進行了不同晶化溫度的熱處理，對比研究了晶化熱處理工藝對涂層組織結(jié)構(gòu)及性能的影響。
　　 實驗結(jié)果表明:涂層與基體結(jié)合良好，界面處無任何缺陷，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1061HV0.1。隨著熱處理的進行，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行也都發(fā)生了明顯變化。經(jīng)過

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不到無組織特征區(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