激光熔覆CaF 2 /Ni基合金复合涂层的裂纹敏感性及力学性能研究

发布时间：2021-09-29 02:20

　　利用高功率光纤激光熔覆设备,在Q235A钢表面制备了CaF₂/Ni60复合涂层。采用着色渗透探伤法研究了激光扫描速度和CaF₂对涂层的裂纹敏感性的影响,并利用显微硬度计和摩擦磨损机考察了CaF₂对复合涂层显微硬度和耐磨性能的影响。结果表明,激光扫描速度和CaF₂与涂层裂纹敏感性密切相关,随着扫描速度的增大,涂层表面裂纹敏感性增大;随着CaF₂比例的增加,熔覆层表面的裂纹数量先减少后增加,当w（CaF₂）=6.0%时,激光熔覆层表面未出现裂纹;CaF₂粉末改善了熔池的流动性,使组织分布较均匀,显微硬度波动性减小,当w（CaF₂）=6.0%时,涂层平均硬度为875 HV0.3,约为基体硬度的5.3倍。Q235A基体的平均体积磨损量是Ni60+6.0%CaF₂涂层的4.7倍,提高了涂层的耐磨性。 

【文章来源】：应用激光. 2017,37(01)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

图１激光熔覆装置Ｆｉｇ．１Ｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ

ｃｏｍｐｏｎｅｎｔＡＢＣＤＥＦＧＮｉ６０１００９９９８９７９４９２．５９１．５ＣａＦ２０１２３６７．５８．５２结果与分析２．１激光扫描速度和ＣａＦ２粉末对Ｎｉ６０Ａ涂层裂纹敏感性的影响２．１．１激光扫描速度对Ｎｉ６０Ａ涂层裂纹敏感性的影响裂纹的产生和开裂行为是熔化凝固过程中产生的应力和应变与相应组织的强度及韧性之间动态作用的结果［４］。激光熔覆过程中，涂层表面处于快速加热和快速冷却的状态，极易在热应力和组织应力作用下产生裂纹［９］。图２为激光扫描速度和Ｎｉ６０Ａ涂层表面裂纹数量的关系曲线图。从图中可以看出，涂层表面裂纹数量随着激光扫描速度的增加而增加。扫描速度从２ｍｍ／ｓ增加到６ｍｍ／ｓ，裂纹数量从２条增加至１０条。分析其原因，在其他工艺参数不变的条件下，一方面，激光扫描速度增加，熔池凝固速率增加，其深度方向的温度梯度增大，由此产生的热应力增大，裂纹数增多；另一方面，激光扫描速度增大，相对于激光输入能量减少，合金粉末难以吸收足够的能量熔化，使已结晶的熔覆层与未熔化的合金粉末的熔融出现间断现象［１０］。图２不同激光扫描速度下熔覆层表面裂纹数量图Ｆｉｇ．２ＴｈｅａｍｏｕｎｔｓｏｆｃｒａｃｋｏｆＮｉ６０ｃｏａｔｉｎｇｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌａｓｅｒｓｃａｎｎｉｎｇｓｐｅｅｄｓ２．１．２ＣａＦ２对Ｎｉ６０Ａ涂层裂纹敏感性的影响已有研究结果表明［１１］，低熔点夹杂物（Ｓｉ、Ｓ、Ｃ）在熔池凝固过程中，会附在粗大硬质相的晶界上形成液膜，这些液膜冷却收缩时或发生破裂形成气孔，成为裂纹源。裂纹在晶界形核，并向熔

图３不同ＣａＦ２配比下熔覆层表面裂纹数Ｆｉｇ．３ＴｈｅａｍｏｕｎｔｓｏｆｃｒａｃｋｏｆｃｌａｄｄｉｎｇｌａｙｅｒｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔＣａＦ２ｒａｔｉｏ２．２ＣａＦ２对Ｎｉ６０涂层力学性能的影响２．２．１ＣａＦ２对Ｎｉ６０涂层显微硬度的影响图４为扫描速度３ｍｍ／ｓ时不同ＣａＦ２粉末配比下熔覆层横截面沿深度方向的硬度，ＣａＦ２粉末比例分别为０％、３．０％、６．０％和７．５％。从图中可以看出，各涂层显微硬度都比Ｑ２３５Ａ基体（平均值１６０ＨＶ０．３）高。纯Ｎｉ６０Ａ（Ａ１）涂层的显微硬度波动比较明显，加入ＣａＦ２粉末后，涂层的显微硬度分布波动性减小，当加入的ＣａＦ２比例为６％（Ｅ１）时，涂层的显微硬度波动性较小，平均硬度为８５７ＨＶ０．３，约为基体的５．３倍。这是因为溶质在熔池内的分布主要是通过熔池的流动性传递的［１３］，ＣａＦ２改善了熔池的流动性，使涂层中组织成分分布较均匀，因而显微硬度变化波动性较校图４扫描速度３ｍｍ／ｓ时不同ＣａＦ２粉末配比下熔覆层横截面沿深度方向的硬度Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅｍｉｃｒｏ－ｈａｒｄｎｅｓｓａｌｏｎｇｔｈｅｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｌａｄｄｉｎｇｌａｙｅｒｉｎｓｃａｎｎｉｎｇｓｐｅｅｄｏｆ３ｍｍ／ｓ２．２．２ＣａＦ２对Ｎｉ６０Ａ涂层耐磨性能的影响图５为Ｑ２３５Ａ基体、纯Ｎｉ６０Ａ涂层和Ｎｉ６０＋６．０％ＣａＦ２涂层摩擦表面形貌图。摩擦实验显示Ｑ２３５Ａ基体的平均体积磨损量是纯Ｎｉ６０


本文编号：3413008