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(jié)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(jié)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(jié)合的特征。試驗測試分析結(jié)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(jié)構(gòu)。白亮色的強化相呈網(wǎng)絡(luò)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(jié)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(jié)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(yīng)和粘著剪切效應(yīng)。
　　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(jié)果表明,控制和設(shè)計理想的熔覆層組織,加入特定粉末顆粒,調(diào)整