AerMet100超高强度钢表面激光熔覆耐磨抗蚀材料的研究

发布时间：2019-11-24 13:57

【摘要】：A100(AerMet100)超高强度钢是卡彭特公司(Carpenter公司)在上世纪80年代根据美国海军F/A 18E/F型战斗机起落架用料需求研发的。随着航空航天事业的发展,A100被广泛用于舰载机起落架等主要承力结构件。然而,由于起落架苛刻的服役环境,作为其用料的A100必须具有更强的耐磨耐蚀性。为此,本文将采用半导体激光对A100进行表面改性处理。本文采用DISTA-3000型半导体激光器对A100钢进行激光熔凝与激光熔覆处理,其中激光熔覆采用Ni-1#、Ni-2#、Fe-3#三种合金粉末。在大量工艺实验的基础上,选取合适的激光工艺参数在A100表面获得宏观状态良好的表面改性层。利用扫描电子显微镜(SEM)与X射线衍射仪(XRD)分别对所获得表面层进行组织形貌及物相分析,利用电化学工作站、高温高速摩擦磨损试验机、显微硬度计对熔凝层与合金涂层进行耐蚀性、耐磨性及显微硬度分析。结果表明:两种激光表面改性方法均能获得宏观状态好,组织均匀,无气孔、裂纹等缺陷的高性能表面层,其中激光熔覆所得Ni-1#、Ni-2#、Fe-3#三种合金涂层与基体均呈良好的冶金结合。激光熔凝后A100钢未产生物相变化,仍主要包含马氏体(M)和奥氏体(A)两种物相。在一定功率范围内,激光熔凝层的耐蚀性、耐磨性与显微硬度均随激光功率的升高而增强。激光熔覆Ni-1#合金涂层主要包含Cr23C6、Cr7C3及Ni2Si等物相;Ni-2#合金涂层主要包含FeNi3、Cr15.58Fe7.42C6及BNi3等物相;Fe-3#合金涂层主要包含NiCrFe、Cr及CFe15.1等物相。在相同实验条件下,三种涂层的腐蚀电位均高于A100钢,腐蚀电流密度均低于A100钢;磨损失重与磨痕深度均低于A100钢。三种合金涂层中,显微硬度高低顺序为:Ni-1#Fe-3#Ni-2#;耐磨耐蚀能力强弱顺序为:Ni-1#Ni-2#Fe-3#。Ni-1#合金熔覆层具有最优的综合性能。
【图文】：

照片,激光熔化,钢试样,显微组织

第 1 章绪论和氯离子对 A100 高强钢电化学行为的影响进行了研究。孙敏等[27]研究了 A100 钢盐雾腐蚀实验后的电化学行为，并得出结论：A100 的耐蚀性和腐蚀产物的保护性能优于 300M。王华明[28-30]等采用激光熔化沉积技术制备了 A100 超高强度钢厚板试样，，图 1-1 所示为激光熔化沉积 A100 钢试样纵向和横向显微组织照片。激光熔化沉积工艺参数如下：激光束功率为 2000～4000W，光斑直径为 2.5mm，光束扫描速度为 500～800mm/min，单层沉积生长高度约 0.3mm。该技术制得的 A100 钢具有细小均匀的快速凝固树枝晶组织，其电化学耐蚀性略低于锻件，而经热处理后耐蚀性优于锻件；高温组织稳定性异常优异，其快速凝固组织特征可以一直保持到 1100℃以上。该技术有效解决了航空航天领域复杂零部件难加工的问题。

激光相变硬化,硬度分布

图 1-2 激光相变硬化层的硬度分布[35]图 1-3 激光相变硬化后的 XRD 图[35]Fig.1-2 Hardness distribution in laser hardened layers Fig.1-3 XRD patterns of the laser hardened layer1.3 激光表面处理技术目前存在的材料表面处理方法多种多样，传统方法有表面渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属、热喷涂及表面电镀等。激光表面改性是继传统表面处理方法之后出现的一种新的表面处理技术，于 20 世纪 60 年代逐渐进入人们的视野，但是直到 20 世纪 70 年代初随着大功率激光器出现才逐渐获得实际的应用。近几年来，随着中国制造 2025 和德国工业 4.0 的提出，激光表面处理技术也获得了更加广泛的应用[36-40]。激光表面处理技术主要包括激光淬火(激光相变硬化)、激光退火、激光熔化凝固硬化（激光晶粒细化硬化）、激光熔覆、激光合金化、激光气相沉积、激光冲击硬化和激光上釉（激光非晶化）等技术[41-45]。（1）激光淬火激光淬火即激光相变硬化，主要用于黑色金属的表面强化，是激光表面处理技术中研究和应用最早的一种方法。它利用能量密度为 103~105W/cm2的激光束迅速（照
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V261.8

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