激光重熔过程参数对复合陶瓷涂层组织及性能的影响

发布时间：2017-10-26 22:13

  本文关键词：激光重熔过程参数对复合陶瓷涂层组织及性能的影响

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【摘要】：目前,加速器驱动次临界系统(ADS)是处理核废料最强有力的工具,但是在ADS系统中,核设备材料必须要在一些极端的辐照、腐蚀、温度环境条件下服役,致使核设备材料表面性能需要得到进一步提高。为了使材料表面性能得到进一步提高,本文通过大量前期实验工作,选用Cr-Fe-Al-Ti复合粉末体系,利用火焰喷涂技术在核设备材料上制备了火焰喷涂层,并对喷涂层进行激光重熔,通过优化工艺参数和复合粉末成分配比制备出复合陶瓷涂层。采用体视显微镜分析方法分析了多组激光重熔工艺参数下重熔层宏观形貌特点;采用X射线衍射、扫描电镜和能谱等分析方法研究分析了火焰喷涂层和重熔层的物相、微观组织形貌;采用显微硬度分析方法测试了火焰喷涂层和重熔层的显微硬度,主要研究成果如下:1、通过混合、加热搅拌、破碎的方法制备了Cr-Fe-Al-Ti体系的复合粉末。火焰喷涂涂层呈明显层状结构,与基材主要呈机械结合,存在一定的孔隙和微裂纹,厚度约为250μm。通过对比多组激光重熔工艺参数下重熔层(Ti、Fe Al50、Cr Fe粉末质量比为1:2:2)的表面宏观形貌,得出较优激光重熔工艺参数为:激光功率P=1.4 k W,扫描速度V=6 mm/s,光斑直径D=3 mm。2、在优化激光重熔工艺参数下,激光重熔层表面连续光滑平整,无气孔、裂纹等缺陷,重熔层呈现出中间凸起两侧下凹形貌,与基材呈良好冶金结合,组织变得更加致密均匀,厚度约为120μm。重熔层中原位合成了Al2O3、Ti O2等主要陶瓷增强相,主要呈短棒胞状晶、柱状晶以及胞状/枝状混合晶状。重熔层平均显微硬度较火焰喷涂层和基材有显著提高。3、在优化激光重熔工艺参数下,并选择合适的激光原位工艺参数,对三组不同组分配比的重熔层进行了激光原位快速扫描试验。结果表明:三组复合陶瓷涂层组织致密均匀,与基材呈良好冶金结合,涂层组织主要是在黑色组织区域内弥散分布着一些Cr2O3,Al2O3,Cr7C3等不规则块状、枝晶状以及颗粒状硬质陶瓷相,随着复合粉末成分变化,涂层中物相含量也发生变化,三组涂层显微硬度较基材都有明显提高。且当Ti、Fe Al50、Cr Fe粉末质量比为1:2:2时(A组),复合陶瓷涂层形貌质量最好,且平均显微硬度最高。
【关键词】：火焰喷涂 激光重熔 陶瓷涂层 工艺参数 显微组织 显微硬度
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 热喷涂技术12-15
• 1.3 激光表面处理技术15-20
• 1.4 激光重熔热喷涂涂层的研究现状20-22
• 1.5 主要研究内容22-23
• 第2章 涂层制备及其性能表征23-29
• 2.1 试验材料23
• 2.2 复合粉末及复合涂层制备23-25
• 2.3 复合涂层制备工艺方案25-26
• 2.4 复合涂层性能表征26-29
• 第3章 激光重熔层工艺参数优化及组织性能分析29-49
• 3.1 激光重熔工艺方案及参数设定29-31
• 3.2 激光工艺参数对重熔层宏观形貌的影响31-36
• 3.2.1 激光功率对重熔层宏观形貌的影响31-33
• 3.2.2 扫描速度对重熔层宏观形貌的影响33-34
• 3.2.3 光斑尺寸对重熔层宏观形貌的影响34-35
• 3.2.4 涂层材料厚度对重熔层宏观形貌的影响35-36
• 3.3 激光重熔层组织结构及其性能分析36-46
• 3.3.1 火焰喷涂层形貌与显微硬度分析36-39
• 3.3.2 激光重熔层物相分析39-40
• 3.3.3 激光重熔层显微组织结构40-45
• 3.3.4 激光重熔层显微硬度45-46
• 3.4 激光重熔层陶瓷增强相原位反应热力学分析46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 激光原位合成复合陶瓷涂层成分优化及性能分析49-59
• 4.1 激光原位反应工艺方案及参数设定49-50
• 4.2 复合陶瓷涂层表面宏观形貌50-51
• 4.3 复合陶瓷涂层物相分析51-52
• 4.4 复合陶瓷涂层显微组织结构52-56
• 4.5 复合陶瓷涂层显微硬度56-57
• 4.6 本章小结57-59
• 第5章 总结与展望59-61
• 5.1 主要研究结论59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-67
• 攻读硕士学位期间的科研成果67-68
• 致谢68

【参考文献】

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1 朱永长;荣守范;杨涵崧;宋强;;国内外原位生长柱状晶增韧氧化铝陶瓷研究的现状[J];铸造设备研究;2008年01期

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本文编号：1100682