NbC顆粒復(fù)合鎳基非晶涂層激光熔覆工藝及性能表征.pdf

1、激光非晶化技術(shù)是用連續(xù)激光對待加工零部件表面進(jìn)行均勻掃描，使零部件表面形成一定厚度的非晶組織，可大大提高其表面硬度、耐蝕及耐磨性能，在材料表面改性領(lǐng)域具有十分巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值，目前受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視，是表面工程技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。本文采用大功率光纖激光器同軸送粉熔覆的方式，一步法在低碳鋼表面獲得非晶復(fù)合熔覆層，從而達(dá)到提高低碳鋼表面硬度，改善其耐磨性的目的。主要研究內(nèi)容包括：激光熔覆參數(shù)對熔覆層宏觀成形及稀釋率、微觀組織、相

2、結(jié)構(gòu)及非晶體積含量的影響規(guī)律；熔覆層截面由表及里不同位置的組織形成機(jī)制；搭接熔覆層后道熔覆對前道熔覆層組織和性能的影響行為；熔覆層顯微硬度和耐磨性能的測試與分析等。研究結(jié)果表明：
　　采用一步激光熔覆法在低碳鋼表面成功制備了由非晶相、NbC相和少量枝晶相組成的非晶復(fù)合涂層。激光功率會(huì)影響熔覆層和基體之間的稀釋率，隨激光功率的增大，熔覆層的稀釋率逐漸增大，熔覆層中獲得非晶相體積含量逐漸較少。隨熱輸入的降低，熔覆層高度也隨之降低，涂層

3、中非晶含量逐漸增加，當(dāng)熱輸入為50.0 J/mm時(shí)，非晶所占的比例可達(dá)80.9％。
　　借助維氏顯微硬度儀、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)等測試方式對熔覆層的硬度及耐磨性進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明，熔覆層的截面由表及里硬度值逐漸下降，熔覆層靠近頂部的硬度值最高，并且隨著熱輸入的降低，熔覆層的平均顯微硬度逐漸增加。摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果表明，由于熔覆層的高硬度及增強(qiáng)相NbC的貢獻(xiàn)，熔覆層的耐磨性與基體相比有了很大提高，熔覆層摩擦系數(shù)值最小且波動(dòng)平緩，磨損量也

4、最低。隨著激光熔覆熱輸入降低，熔覆層磨損量逐漸降低，摩擦系數(shù)也呈減小趨勢，波動(dòng)幅度也逐漸降低，熔覆層的磨痕形貌也得出了相似的規(guī)律。
　　采用 ANSYS有限元軟件，并利用其單元生死功能模擬了激光熔覆鎳基非晶復(fù)合熔覆層制備過程的溫度場分布，并獲得了不同激光熔覆熱輸入條件和熔覆層不同位置的熱循環(huán)曲線。結(jié)果表明，當(dāng)熱輸入為50.0 J/mm時(shí)熔覆層由表及里的峰值溫度逐漸降低，熔覆層表面溫度峰值為1578.53℃，另外，熔體冷卻速率也由表

5、及里逐漸下降，其表層冷卻速率可達(dá)16086.5 K/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于本文采用的鎳基非晶合金采用銅?？齑慵夹g(shù)所需的臨界冷卻速率。隨著激光熔覆熱輸入降低，熔覆層的峰值溫度也逐漸降低，其冷卻速率呈逐漸上升的趨勢。
　　觀察分析了在熱輸入為50.0 J/mm時(shí)激光熔覆熔覆層的組織分布，結(jié)果表明，從熔覆層與基體的界面到熔覆層的頂端，組織呈梯度分布。在基體/熔覆層界面，生成了平面晶，胞狀晶和柱狀樹枝晶，隨后發(fā)生柱狀晶向等軸晶生長轉(zhuǎn)變，在熔覆層中部