激光熔覆Ni-Al金属间化合物涂层组织及性能研究

发布时间：2017-04-22 18:13

  本文关键词：激光熔覆Ni-Al金属间化合物涂层组织及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：激光熔覆相比于其他表面涂覆技术,具有涂层结合性好,涂层组织致密等优点,Ni-Al金属间化合物具有高熔点、低密度以及良好的高温性能,有望成为新一代的高温结构材料,将Ni-Al金属间化合物通过激光熔覆技术制备成材料表面涂层,能够得到结合性能良好的涂层,提高基体材料的强度、摩擦磨损性能及高温性能。本文根据最具高温应用前景的Ni3Al合金和NiAl合金的成分特点,采用激光熔覆技术在Q235基体上制备了Ni-Al金属间化合物涂层,系统的研究了激光熔覆各项工艺参数对涂层质量的影响,得到制备Ni-Al涂层的最佳工艺参数。通过扫描电子显微镜,X射线衍射仪、EDS能谱测试仪等对涂层的组织和物相进行检测,并通过一系列实验测试了涂层的硬度、附着力、摩擦磨损性能、抗高温氧化性能及抗热震性能。研究结果表明：(1)激光熔覆各项工艺参数是相互影响和制约的,对熔覆质量都有较大影响,通过研究各参数对涂层成型质量的影响,得到试样最佳的工艺参数为：铺粉厚度1mm,激光扫描速度2mm/s,激光电流为300A,激光脉宽为2.5ms,频率是20Hz。(2)激光熔覆得到的Ni-Al涂层组织均匀细密,无明显裂纹但存在少量气孔与基体之间形成良好的冶金结合,厚度约为60～70μm。从涂层底部到表面,组织由长条状的树枝晶转化为等轴晶。当熔覆粉末Ni、Al原子比为1：1时,涂层主要由β-NiAl和少量的γ'-Ni3Al相构成,γ'-Ni3Al呈网状围绕在β-NiAl周围；当熔覆粉末Ni、Al原子比为3：1时,涂层主要由γ'-Ni3Al及γ-Ni构成,γ'-Ni3Al的体积约为γ-Ni的2倍。(3) Ni-Al涂层显著提高了基体表面硬度,硬度最高的为NiAl涂层,涂层平均硬度可达659HV0.2,其次为Ni3Al涂层,平均可达556HV0.2,基体硬度仅为200HV0.2,Ni-Al涂层与基体结合良好。(4) Ni-Al涂层摩擦系数相对于基体有所降低,有较好的减摩性,基体磨损机理主要为严重的塑性变形和疲劳剥落,NiAl涂层主要为粘着磨损和少量的磨粒磨损,Ni3Al涂层主要为磨粒磨损,基体磨损率最大,Ni-Al涂层磨损率接近Cr15Mo3耐磨钢,NiAl涂层耐磨性强于Ni3Al涂层。(5) Ni-Al涂层表面高温下形成致密的Al2O3保护膜,具有良好的抗高温氧化性能,在900℃恒温氧化实验中,用氧化增重的倒数表征抗高温氧化性能,NiAl涂层抗高温氧化性能约为基体的7倍,Ni3Al涂层则约为基体的4倍左右,NiAl涂层抗高温氧化性能强于Ni3Al涂层。(6)850℃热循环试验中,Ni-Al涂层抗热震性能与常规ZrO2-7%Y2O3热障涂层、纳米ZrO2-7%Y2O3热障涂层相当,Ni3Al涂层经45次循环开始出现裂纹,NiAl涂层经70次开始出现裂纹,NiAl涂层抗热震性能好于Ni3Al涂层。
【关键词】：激光熔覆 金属间化合物 Ni-Al涂层 高温氧化 热震性
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 研究背景及意义14-20
• 1.1.1 Ni-Al金属间化合物及涂层14-16
• 1.1.2 Ni-Al金属间化合物涂层的主要制备方法16-18
• 1.1.3 激光熔覆原理及特点18-20
• 1.2 激光熔覆Ni-Al金属间化合物涂层研究现状20-21
• 1.3 研究的目的及主要内容21-23
• 第二章 实验材料及设备23-31
• 2.1 实验材料23-24
• 2.1.1 基体材料23
• 2.1.2 熔覆材料23-24
• 2.2 激光熔覆设备24-26
• 2.3 激光熔覆涂层组织形貌及物相检测26
• 2.3.1 涂层显微组织及成分分析26
• 2.3.2 涂层物相分析26
• 2.4 涂层性能测试26-28
• 2.4.1 涂层硬度及附着力测试分析26-27
• 2.4.2 涂层摩擦磨损性能测试分析27-28
• 2.4.3 涂层抗高温氧化性能及抗热震性能分析28
• 2.5 实验技术方案28-29
• 2.6 本章小结29-31
• 第三章 激光熔覆工艺参数对Ni-Al涂层质量的影响31-38
• 3.1 铺粉厚度的影响31-32
• 3.2 激光扫描速度的影响32-33
• 3.3 激光电流的影响33-35
• 3.4 脉宽的影响35-36
• 3.5 脉冲频率的影响36
• 3.6 本章小结36-38
• 第四章 激光熔覆Ni-Al涂层组织成分分析38-53
• 4.1 NiAl涂层组织成分分析38-45
• 4.1.1 涂层宏观形貌分析39
• 4.1.2 涂层显微组织分析39-44
• 4.1.3 涂层物相组成分析44-45
• 4.2 Ni_3Al涂层组织成分分析45-52
• 4.2.1 涂层宏观形貌分析46-47
• 4.2.2 涂层显微组织分析47-51
• 4.2.3 涂层物相组成分析51-52
• 4.3 本章小结52-53
• 第五章 激光熔覆Ni-Al涂层性能分析53-71
• 5.1 涂层显微硬度及附着力分析53-55
• 5.1.1 涂层显微硬度分析53-54
• 5.1.2 涂层附着力分析54-55
• 5.2 涂层摩擦磨损性能分析55-60
• 5.2.1 摩擦磨损性能测试方法55-56
• 5.2.2 涂层摩擦系数及磨损率分析56-58
• 5.2.3 涂层磨损形貌及机理分析58-60
• 5.3 涂层抗高温氧化性能分析60-63
• 5.3.1 涂层抗高温氧化性测试方法60
• 5.3.2 氧化动力曲线分析60-63
• 5.4 涂层抗热震性能分析63-69
• 5.4.1 涂层抗热震性能测试方法63-64
• 5.4.2 热循环次数分析64-69
• 5.5 本章小结69-71
• 结论71-73
• 参考文献73-78
• 攻读硕士学位期间发表论文78-80
• 致谢80

【参考文献】

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本文编号：321002