Fe基非晶合金及复合粉末激光熔覆和性能研究

发布时间：2017-05-24 19:14

  本文关键词：Fe基非晶合金及复合粉末激光熔覆和性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代工业技术的快速发展,要求机械零部件能够在高温、高压、腐蚀等环境下持续工作,对零件的表面性能提出更高的要求,改善零部件表面性能,不仅能够延长其使用寿命,还能创造出巨大的经济效益。铁基非晶合金具有高强度,优良的耐磨损、耐腐蚀性能,在改善材料表面性能具有广泛的应用前景。激光熔覆技术作为表面改性及快速成型的一种重要方法,具有生产效率高、制造成本低、涂层质量好等优点,广泛应用于航天、汽车、石油化工等领域。采用激光熔覆在零部件表面制备出铁基非晶及复合涂层,可以明显提高零部件表面的力学、耐腐蚀性能。本文采用两种成分设计：第一种是采用全新的“近形成焓”成分设计理念,设计出全金属组元Fe55Nb15Ti15Ta15非晶合金粉末；第二种是设计出外加TiC增强相的Fe55Nb15Ti15Ta15复合合金粉末,TiC的添加量依次为5%,10%,15%和20%。添加的目的是改善铁基非晶合金的室温塑形,提高涂层的力学性能。通过机械合金化方式制备出Fe55Nb15Ti15Ta15非晶合金粉末和不同TiC含量的非晶复合粉末。对球磨过程中,粉末的非晶化过程,物相转变,微观组织及热性能进行对比分析。然后对球磨后的粉末进行激光熔覆,探讨不同工艺参数对熔覆层宏观质量、微观组织、力学性能及耐腐蚀性能的影响。研究结果表明：“近形成焓”成分设计理念切实可行,所设计出的Fe55Nb15Ti15Ta15合金粉末在高能球磨80 h后成功转变成完全非晶态。TiC的加入延缓非晶化过程,细化粉末的晶粒,球磨80 h后得到以非晶合金为基体,TiC作为增强相的复合粉末。非晶化的机理是在外加的机械能持续作用下,各元素粉末扩散固溶,晶格发生严重畸变,集聚了大量的畸变能,当能量超过非晶态临界值自由能时,晶格崩溃,最终形成非晶态。球磨后的粉末形状类似球形,具有良好的流动性。TiC的加入没有明显改变非晶合金粉末的热学性能,两类粉末都具有较宽的过冷液相区(宽达112℃),表现为共晶型晶化,是良好的激光熔覆用的合金粉末。在激光熔覆过程中激光功率P、扫描速度V、激光头与涂层表面高度H对熔覆层的宏微观组织、力学性能、耐腐蚀性能有着重要的影响。本文结合课题组前期的实验结果,采用单因素V分析优化工艺参数,确定最佳工艺参数为P=350 W. V=240 mm/min、H=24 mm,得到的熔覆层与基体产生良好的冶金结合,无明显气泡、裂纹等缺陷。该工艺参数下涂层的物相主要由Fe2Ti.Ta0.15Ti0.85.Fe和不确定物相所组成,熔覆层的平均显微硬度为643.3 HV,平均摩擦系数为0.2996,腐蚀电位为-0.5896 V,均优于基体材料的性能。研究发现TiC的加入改变熔覆层的微观组织,并进一步提升涂层的各项性能。TiC的加入,细化涂层的微观组织,增加涂层非晶相的含量,随着TiC的增加,涂层的显微硬度呈增加的趋势,当TiC的含量为20%时,涂层的最大平均显微硬度为747.6 HV。但是摩擦系数随着TiC的含量的增加呈现无规律的变化,相比于全非晶粉末的合金涂层,摩擦系数均有减小,表明提高了涂层的耐摩损性能。同时TiC的添加也使得涂层的耐腐蚀性能得到进一步改善,当TiC含量为20%时,涂层具有最佳的耐腐蚀性能。
【关键词】：铁基非晶合金涂层 机械合金化 激光熔覆 力学性能 耐腐蚀性能
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 1 绪论11-20
• 1.1 激光熔覆技术概述11-14
• 1.1.1 激光熔覆技术的发展及特点11-12
• 1.1.2 激光熔覆技术的工艺组成12-13
• 1.1.3 常用的激光熔覆材料13-14
• 1.2 激光熔覆工艺制备非晶合金涂层的研究进展14-16
• 1.2.1 激光熔覆非晶合金涂层的国内外研究现状14-15
• 1.2.2 激光熔覆制备铁基非晶合金涂层的研究现状15-16
• 1.3 影响激光熔覆工艺制备非晶合金涂层质量因素及对策16-17
• 1.3.1 熔覆材料对涂层质量的影响及对策16
• 1.3.2 工艺参数对涂层质量的影响及对策16-17
• 1.4 本论文研究的意义、内容及工作路线17-20
• 1.4.1 研究的意义17
• 1.4.2 研究的内容17-18
• 1.4.3 工艺路线18-20
• 2 实验材料与方法20-28
• 2.1 实验材料与检测设备的介绍20-25
• 2.1.1 基体材料20
• 2.1.2 涂覆层材料20
• 2.1.3 实验设备的介绍20-25
• 2.2 激光熔覆工艺参数的介绍25-27
• 2.3 本章小结27-28
• 3 熔覆层粉末材料的制备与性能研究28-37
• 3.1 熔覆层粉末的成分设计28-29
• 3.2 熔覆层材料的制备与性能表征29-36
• 3.2.1 XRD分析29-31
• 3.2.2 TEM分析31-32
• 3.2.3 SEM分析32-35
• 3.2.4 DSC分析35-36
• 3.3 本章小结36-37
• 4 激光熔覆制备合金涂层与显微结构分析37-45
• 4.1 激光熔覆制备Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金涂层37-41
• 4.1.1 激光熔覆工艺参数的设计37
• 4.1.2 不同扫描速度下熔覆层的宏观形貌37-38
• 4.1.3 不同扫描速度下熔覆层微观组织形貌38-39
• 4.1.4 熔覆层XRD物相分析39-40
• 4.1.5 熔覆层微观组织形貌分析40-41
• 4.2 激光熔覆制备不同TiC含量Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金复合涂层41-44
• 4.2.1 不同TiC含量Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金复合涂层宏观形貌41-42
• 4.2.2 不同TiC含量Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金复合涂层微观形貌42-43
• 4.2.3 不同TiC含量的Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金涂层XRD分析43-44
• 4.3 本章小结44-45
• 5 合金涂层的力学及耐腐蚀性能研究45-54
• 5.1 Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)熔覆层力学及耐腐蚀性能研究45-49
• 5.1.1 熔覆层显微硬度分析45-46
• 5.1.2 熔覆层摩擦磨损性能分析46-48
• 5.1.3 熔覆层耐腐蚀性能分析48-49
• 5.2 不同TiC含量Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)熔覆层力学及耐腐蚀性能研究49-53
• 5.2.1 熔覆层显微硬度分析49-50
• 5.2.2 熔覆层摩擦磨损性能分析50-52
• 5.2.3 熔覆层耐腐蚀性能分析52-53
• 5.3 本章小结53-54
• 6 总结与展望54-56
• 参考文献56-59
• 攻读硕士研究生期间发表的论文59-60
• 致谢60

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3 本报记者 倪e，

本文编号：391718