激光熔覆镍基三元合金涂层研究

发布时间：2017-10-07 02:03

  本文关键词：激光熔覆镍基三元合金涂层研究

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【摘要】：铜合金因其高的热导率和电导率被广泛应用到冶金、电力等行业,如高炉风口,连铸结晶器,电机换向器等。但是耐磨性差严重影响了铜合金零部件的使用寿命。激光熔覆合金涂层具有与基体冶金结合、对基体的热损伤小、热影响区小等优点,应用到铜合金表面可以改善铜合金零部件耐磨性又不过分损失其它性能。本文利用激光熔覆技术在铜表面制备了Cr3Ni5Si2和Cr3Si两种硅化物强化的Ni-Cr-Si三元合金涂层。利用光学显微镜(OM),配备能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD),分析了涂层组织。并依据KGT模型和LKT模型计算激光加工条件下,熔池中固液界面的晶端过冷度,建立凝固模型,分析了涂层熔池的凝固行为。结果得出,随着Ni含量升高,Cr3Si强化涂层中强化相数量降低,当Ni含量增加到60%(at.%)时,Cr3Si相消失,涂层中合成Cr6Ni16Si7相。Cr3Si强化涂层的熔池下层温度梯度高,凝固速度快,晶端过冷度大,组织为发达等轴树枝晶。上层熔池晶端过冷度小,组织为等轴晶。Cr6Ni16Si7强化涂层凝固时熔池中枝晶尖端过冷度较大,组织为发达柱状树枝晶。在Cr3Ni5Si2相区内,随着Si含量增加,涂层中Cr3Ni5Si2相含量增加,枝晶间Ni2Si相和γ-Ni相数量减少,枝晶尖端过冷度增大,涂层中典型组织为柱状树枝晶。采用HXD-1000维式硬度计测量激光熔覆Ni-Cr-Si涂层硬度。Cr3Si强化涂层硬度较高,约为1000HV0.1左右。Ni含量较低的两种Cr3Si强化涂层断裂韧性值分别为3.5 MPam21和2.1 MPam21。Cr6Ni16Si7强化涂层的韧性较好,1000g载荷下显微压痕没有出现裂纹。Cr3Ni5Si2强化涂层随着Si含量增加,硬度升高,当Si含量增加到20%(at.%),涂层硬度达到700 HV0.1。Cr3Ni5Si2强化涂层整体韧性较好。室温下,在CETR-UMT多功能摩擦磨损试验仪上进行干滑动摩擦磨损试验。在与WC钢球对磨时,3种Cr3Si强化涂层稳定期摩擦系数值相近,约为0.45。摩擦后磨痕表面光滑,无粘着物,磨痕的亚表面没有明显塑性变形区,磨损量低,耐磨性能较好。Cr3Ni5Si2强化涂层随着Si含量降低,磨损量增加。两种强化相强化的激光熔覆Ni-Cr-Si三元硅化物合金涂层磨损量和摩擦系数都比AISI304不锈钢低,表现出较好的摩擦学性能。
【关键词】：激光熔覆 镍基合金涂层 快速凝固 耐磨性
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 绪论13-29
• 1.1 选题背景及意义13
• 1.2 铜及铜合金13-17
• 1.3 光纤激光17-18
• 1.4 镍基熔覆材料18-19
• 1.5 激光熔覆硅化物强化相研究19-22
• 1.6 快速凝固理论22-24
• 1.7 摩擦磨损24-28
• 1.7.1 摩擦24-26
• 1.7.2 磨损26-28
• 本文研究内容28-29
• 第二章 试验材料及设备29-35
• 2.1 实验材料29-30
• 2.1.1 基体材料的选择29
• 2.1.2 熔覆粉末材料的选择29-30
• 2.2 试验方法与设备30-35
• 2.2.1 激光熔覆系统30-31
• 2.2.2 金相仪器与分析31-32
• 2.2.3 相鉴定及组织分析32-33
• 2.2.4 显微硬度和显微压痕33
• 2.2.5 摩擦磨损试验33-35
• 第三章 激光熔覆Cr_3Si强化涂层组织和性能研究35-59
• 3.1 涂层成分及工艺参数35-36
• 3.2 宏观形貌36-37
• 3.3 组织分析37-44
• 3.3.1 相鉴定37
• 3.3.2 吉布斯自由能计算37-40
• 3.3.3 组织分析40-44
• 3.4 凝固过程分析44-51
• 3.4.1 形核率44-46
• 3.4.2 枝晶尖端端过冷度计算46-48
• 3.4.3 凝固过程分析48-51
• 3.5 微观力学性能51-53
• 3.5.1 显微硬度51-52
• 3.5.2 断裂韧性52-53
• 3.6 摩擦磨损53-57
• 3.6.1 摩擦系数53-55
• 3.6.2 磨损量55
• 3.6.3 磨痕形貌55-57
• 本章小结57-59
• 第四章 激光熔覆Cr_3Ni_5Si_2强化涂层组织和性能研究59-76
• 4.1 涂层成分及工艺参数59-60
• 4.2 宏观形貌60-61
• 4.3 组织分析61-67
• 4.3.1 相鉴定61-62
• 4.3.2 组织分析62-67
• 4.4 凝固过程分析67-70
• 4.4.1 枝晶尖端端过冷度计算67-69
• 4.4.2 凝固模型分析69-70
• 4.5 微观力学性能70-72
• 4.6 摩擦学性能72-75
• 4.6.1 摩擦系数72-73
• 4.6.2 磨痕形貌分析73-75
• 本章小结75-76
• 第五章 总结与展望76-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果82-83
• 致谢83-84

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本文编号：986259