鋼表面激光熔覆鈷基合金層的組織與耐磨性的研究.pdf

1、本文采用6kw的橫流CO2激光器在普通40Cr鋼試樣表面制備了添加經(jīng)造粒的納米WC/Co和金屬氧化物SiO2、ZrO2的鈷基合金層。其中鈷基合金中納米WC/Co的質(zhì)量分數(shù)為20％~30%~40%~45%~50%~60%,其中金屬氧化物SiO2、ZrO2的質(zhì)量分數(shù)為0%~10%~20%。采用聚焦光斑、連續(xù)窄帶、多道搭接的激光掃描模式,經(jīng)過激光工藝參數(shù)和組分的優(yōu)化,在試樣表面制備了熔覆層裂紋缺陷少、組織分布均勻、與基體呈冶金結合的鈷基合金熔

2、覆層。
　　利用掃描電鏡、能量分散譜儀、X射線衍射儀、金相顯微鏡、顯微硬度計觀察并且分析了熔覆層的顯微組織、成分分布、相組成。結果表明激光熔覆鈷基合金制備的添加納米WC/Co和金屬氧化物SiO2、ZrO2的鈷基合金層的試樣,具有晶粒細小、組織均勻、少孔隙和裂紋、并與基體呈良好冶金結合的特征。試驗測試分析結果表明熔覆層中添加的納米WC/Co經(jīng)熔化、分解、形成高硬度的強化層結構。白亮色的強化相呈網(wǎng)絡狀和彌散的點狀分布,其中主要成分為W

3、C、W2C,強化相具有很高的硬度。熔覆層中添加的金屬氧化物SiO2、ZrO2有效的增加了激光熔覆過程中各種金屬粉末的潤濕,減少了冷卻過程中因不同成分和相之間的裂紋和氣孔。
　　利用摩擦磨損試驗機,在室溫23℃及高溫400℃,662g及1662g載荷,經(jīng)過磨床打磨及未打磨的不同情況下,測試了熔覆層的摩擦系數(shù)和耐磨性。結合犁溝摩擦模型和粘著摩擦模型分析了干摩擦條件下,摩擦材料表面微觀粗糙峰的力學狀態(tài)以及表面的磨損模式。
　　試樣

4、測試分析結果表明,添加鈷金屬元素的合金熔覆層在400℃高溫下與常溫20℃下,摩擦系數(shù)穩(wěn)定,沒有出現(xiàn)大幅度的波動。在摩擦磨損試驗機相同測試條件下,改變摩擦磨損試驗機的加載重量,即改變材料摩擦接觸面的壓強,在材料接觸面粗糙峰塑性形變范圍內(nèi),摩擦系數(shù)隨壓強的增大而減小。通過建立的犁溝摩擦模型和粘著摩擦模型,分析了材料摩擦副表面的粗糙峰的力學狀態(tài),得出了材料表面摩擦力源于材料微觀粗糙峰的犁溝效應和粘著剪切效應。
　　微觀組織觀察和分析表明

5、,激光熔覆鈷基合金層中,添加的納米WC/Co熔化形成白亮色帶的網(wǎng)狀和彌散分布的點狀強化相,在提升材料表面硬度的同時,也增強了材料的耐磨性能。顯微鏡下試驗檢測試樣表面的磨損主要有兩種類型,呈犁溝形態(tài)的磨料磨損和呈魚鱗狀分布的粘著磨損。摩擦的磨損較基材有大幅度的提升,且由于金屬氧化物SiO2、ZrO2的潤濕作用,使得磨損區(qū)域平穩(wěn),多以磨料磨損形式發(fā)生,減少了粘著磨損。實驗測試和分析結果表明,控制和設計理想的熔覆層組織,加入特定粉末顆粒,調(diào)整