304不锈钢表面激光熔覆Ni基合金涂层组织与性能的研究

发布时间：2017-05-23 21:12

  本文关键词：304不锈钢表面激光熔覆Ni基合金涂层组织与性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：304不锈钢材料具有良好的耐热性,耐蚀性,机械特性等一系列优异的性能,已经成为了一种广泛应用的钢种。但是其硬度偏低,耐磨损性能较差,在某些特殊的环境中使用时材料表面会出现凹坑、剥落等现象,严重降低了材料的使用寿命,甚至会造成较大的经济损失。为了提高304不锈钢材料的硬度、耐磨损性能,采用半导体激光器在304不锈钢表面激光熔覆Ni基自熔性合金粉末。本文研究不同激光工艺参数对熔覆层宏观形貌、微观组织及硬度、耐磨、耐蚀性能的影响,并寻求最佳激光工艺参数,以期获得宏观形貌良好、稀释率适中、冶金结合较好、耐磨耐蚀性能好的熔覆层。使获得的最佳激光工艺参数对提高球阀的耐磨耐蚀性能从而延长其使用寿命、减少经济损失具有一定的实际应用和参考意义。实验结果表明,不同激光工艺参数对熔覆层都有着重要的影响。熔覆涂层从上部到下部分为熔覆层区、结合区、基体热影响区三部分。XRD衍射分析表明,不同激光工艺参数下熔覆层中的物相组成有一定的区别,但都含有γ-(Ni,Fe)固溶体相,Cr23C6硬质相,FeNi3韧性相等物相。根据组织与性能的综合分析可知,最优激光工艺参数为激光功率2.5kW、扫描速度4mm/s、送粉速率300mg/s。单道激光熔覆时,激光功率、扫描速度、送粉速率对激光熔覆Ni基合金涂层宏观形貌具有重要的影响。随着激光功率的逐渐增大,熔覆层的高度逐渐降低,宽度逐渐增加,熔池的深度逐渐增加,稀释率逐渐增大,熔覆层表面更加平整光滑;随着扫描速度的逐渐增大,熔覆层的高度、宽度逐渐降低,熔池的深度先降低后增加,稀释率逐渐增大;随着送粉速率的逐渐增大,熔覆层的高度先增加后降低,宽度逐渐增加,熔池的深度逐渐降低,稀释率逐渐减小。熔覆层表面均无明显的裂纹、气孔等缺陷。不同激光功率下进行的单道熔覆实验中,激光功率为2.5kW时的熔覆层宏观形貌平整、光滑,熔覆层宽度为14.85mm,高度为1.680mm,熔池深度为0.262mm,稀释率为13.49。显微组织从下往上依次为细小的平面晶、胞状晶、柱状晶、树枝晶、等轴晶。硬度较高,平均显微硬度为619.0HV0.2,并且它的耐磨性较好,施加不同载荷时,熔覆层的磨损量均远远小于基体的磨损量。此外,激光功率为2.5kW时熔覆层的耐腐蚀性能最佳,此时熔覆层的自腐蚀电位为-461.899mV。不同扫描速度和送粉速率下进行的单道熔覆实验中,扫描速度为4mm/s、扫描速度为300mg/s时的熔覆层宏观形貌平整、光滑,熔覆层宽度为14.36mm,高度为1.612mm,熔池深度为0.248mm,稀释率为13.33。硬度较高,平均显微硬度为646.4HV0.2,并且耐磨损性能较好,磨损量较低。当加载10N时,熔覆层的磨损量为11.5mg;当加载15N时,熔覆层的磨损量为14.7mg;当加载20N时,熔覆层的磨损量为17.6mg,磨损性能较基体得到了较大的提高。此外,扫描速度为4mm/s、送粉速度为300mg/s时熔覆层的耐腐蚀性能较好,自腐蚀电位为-286.77mV。不同搭接率下的激光熔覆实验中,熔覆层搭接率为30%时,熔覆层具有较好的宏观形貌,耐磨性较好。当加载10N时,熔覆层的磨损量为11.8mg;当加载15N时,熔覆层的磨损量为12.1mg,当加载20N时,熔覆层的磨损量为17.7mg。熔覆层的耐蚀性与基体接近,自腐蚀电位为-496.863m V。
【关键词】：激光熔覆 工艺参数 宏观形貌 组织结构
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 选题背景和意义12
• 1.2 激光加工技术的发展现状12-14
• 1.2.1 激光的特性及加工用激光器12-13
• 1.2.2 激光加工特点及应用现状13-14
• 1.3 激光表面熔覆技术14-21
• 1.3.1 激光熔覆原理及特点15
• 1.3.2 激光熔覆所用材料15-17
• 1.3.3 激光熔覆的工艺流程及添料方式17-19
• 1.3.4 激光熔覆的工艺参数19-20
• 1.3.5 激光熔覆的应用、存在的问题及发展趋势20-21
• 1.4 课题研究目的和内容21-24
• 1.4.1 研究目的21-22
• 1.4.2 研究内容22-24
• 第2章 实验材料设备及实验方法24-32
• 2.1 实验材料24-26
• 2.1.1 基体材料24-25
• 2.1.2 熔覆材料25-26
• 2.2 熔覆设备及工艺参数26-28
• 2.2.1 熔覆设备26-27
• 2.2.2 工艺参数27-28
• 2.3 测试试样的制备28
• 2.4 组织观察和分析28-29
• 2.5 涂层性能测试29-31
• 2.6 技术路线31-32
• 第3章 激光工艺参数对Ni基熔覆层的影响32-44
• 3.1 激光功率对Ni基熔覆层宏观形貌的影响33-37
• 3.2 扫描速度对Ni基熔覆层宏观形貌的影响37-40
• 3.3 送粉速率对Ni基熔覆层宏观形貌的影响40-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第4章 激光熔覆层的组织与性能分析44-70
• 4.1 激光熔覆层的组织分析44-51
• 4.1.1 不同激光功率下熔覆层的显微组织45-47
• 4.1.2 不同扫描速度下熔覆层的显微组织47-49
• 4.1.3 不同送粉速率下熔覆层的显微组织49-51
• 4.2 激光熔覆层的物相组成51-56
• 4.3 激光熔覆层的性能分析56-67
• 4.3.1 激光熔覆层显微硬度分析56-59
• 4.3.2 激光熔覆层耐磨损性能分析59-65
• 4.3.3 激光熔覆层耐腐蚀性能分析65-67
• 4.4 本章小结67-70
• 第5章 多道搭接激光熔覆镍基合金涂层组织及性能分析70-76
• 5.1 多道搭接激光熔覆层的组织分析70-72
• 5.1.1 激光熔覆层宏观形貌分析70-71
• 5.1.2 激光熔覆层显微组织分析71-72
• 5.2 多道搭接激光熔覆层的物相组成72-73
• 5.3 多道搭接激光熔覆层的性能分析73-75
• 5.3.1 激光熔覆层的磨损性能分析73-74
• 5.3.2 激光熔覆层的耐腐蚀性能分析74-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第6章 结论76-78
• 参考文献78-84
• 致谢84

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