鋼表面激光多層熔覆技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、本文采用CO2激光寬帶熔覆技術(shù)分別在45號鋼塊狀試樣表面成功制備了添加經(jīng)造粒的納米WC/Co的鎳基、鐵基單層及鎳基多層熔覆層。在多層熔覆層中每層添加的經(jīng)造粒的納米WC/Co的質(zhì)量分數(shù)從0％~10%~20%~30%呈梯度變化。
　　利用掃描電鏡、EDAX射線能量分散譜儀、X’Pert PRO多功能型X射線衍射儀、金相顯微鏡、原子力顯微鏡觀察并分析了熔覆層的顯微組織、成分分布、相組成、磨損形貌及表面結(jié)構(gòu)。采用 HX-1000顯微硬度計

2、測試熔覆層的顯微硬度。采用 HV-50維氏硬度計在熔覆層中制取維氏硬度壓痕,以EVANS壓痕法來測定熔覆層的斷裂韌性。采用HT-600高溫摩擦磨損試驗機測定熔覆層的摩擦系數(shù)與耐磨性能。
　　激光單層熔覆試驗結(jié)果表明:制備的添加經(jīng)造粒的納米WC/Co的Ni基及Fe基激光單層熔覆層,具有晶粒細小、組織均勻、無孔隙和裂紋、并與基體呈良好冶金結(jié)合的特征。顯微鏡下,鎳基熔覆層中物相主要為黑色(Fe,Ni)、B2Fe3Ni3、Fe3Ni2基體

3、上分布著以Cr2Fe14C、Cr-Ni-Fe-C、WC為主的白色碳化物相。鐵基熔覆層中物相主要為黑色(Fe,Ni)、B2Fe3Ni3基體上分布著以(Fe,C)、Cr-Ni-Fe-C、W2C、Fe3W3C為主的白色碳化物相。在相同載荷條件下,采用EVANS壓痕法測得噴焊經(jīng)造粒的納米WC/Co的Ni基復(fù)合陶瓷涂層斷裂韌度K1c平均值為9MN?m-3/2,而在現(xiàn)有維氏硬度計最大載荷情況下,激光熔覆添加經(jīng)造粒的納米WC/Co合金粉末涂層得到的熔

4、覆層仍無裂紋出現(xiàn),此結(jié)果表明后者比前者的K1c值有明顯提高,證實了納米抗裂作用對激光單層熔覆層的抗裂性能做出了重要貢獻。在相同工藝參數(shù)條件下,鎳基熔覆層的顯微硬度是基體顯微硬度的2.5倍,鐵基熔覆層的顯微硬度是基體顯微硬度的1.9倍,鎳基熔覆層的顯微硬度比鐵基熔覆層的顯微硬度高138.7HV。
　　激光多層熔覆試驗結(jié)果表明:制備的添加經(jīng)造粒的納米WC/Co的Ni基復(fù)合單層熔覆層、兩層熔覆層、三層熔覆層及四層熔覆層,表面平整、無孔隙

5、和裂紋、并與基體呈良好冶金結(jié)合。四種激光多層熔覆層的相主要為 Fe、Ni的共晶組織混合著Cr-Ni-Fe-C、Cr2Fe14C等復(fù)合碳化物相,隨著熔覆層中添加經(jīng)造粒的納米WC/Co的質(zhì)量分數(shù)的增加,在多層熔覆層中會有W2C、Ni17W3、WC以及單質(zhì)W的存在。激光多層熔覆中的不同層組織在低倍掃描電鏡下沒有明顯差異,但在高倍掃描電鏡下熔覆層組織的致密程度隨著添加經(jīng)造粒的納米WC/Co的質(zhì)量分數(shù)的增加而增加。激光多層熔覆層中碳化物增強相的形

6、態(tài)和分布主要可分為胞狀、樹枝狀分布和微細顆粒狀碳化物相彌散分布。激光多層熔覆層從基體到熔覆層表面顯微硬度呈梯度增加趨勢,且顯微硬度隨熔覆層中添加經(jīng)造粒的納米WC/Co的質(zhì)量分數(shù)的增加而增加,熔覆層顯微硬度是基體顯微硬度的2.0~2.5倍。在本試驗研究條件下,激光多層熔覆層的摩擦系數(shù)比基體的摩擦系數(shù)都有所提高,但磨損質(zhì)量卻減小。當(dāng)添加經(jīng)造粒的納米WC/Co質(zhì)量分數(shù)達到30%時,熔覆層的摩擦系數(shù)的平均值為0.511,犁溝寬度最小,耐磨性達到