激光熔覆硅化物三元合金涂层的组织与性能研究

发布时间：2017-11-09 18:25

  本文关键词：激光熔覆硅化物三元合金涂层的组织与性能研究

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【摘要】：激光熔覆技术近年来发展迅速,在航空航天、汽车、机械、化工等领域应用越来越广泛,产生了巨大的经济和社会效益。激光熔覆是一种先进的表面改性技术,能够在基体表面制备与其呈冶金结合的具有耐磨、耐蚀、抗氧化等优异性能的熔覆层。过渡金属W的硅化物(如W5Si3和WSi2)具有熔点高、高温强度高和潜在的低温塑性变形能力。但作为金属间化合物,W的硅化物的室温脆性较高,作为摩擦磨损零部件的工业应用也受到极大的限制。目前有许多提高金属硅化物涂层强韧的方法,利用Ni基涂层较高的塑性、韧性与硅化物高强度相结合的方法成效显著。Nb的硅化物被看作是极具潜力的高温结构金属材料,其固有的高硬度和异常的硬度-温度关系使得它有突出的抗磨粒磨损和粘着磨损的能力。本文利用激光熔覆技术,在304不锈钢与45号钢表面制备了Ni-W-Si复合涂层,在T2紫铜表面制备了Ni-Nb-Si涂层。通过多次试验优化参数,最终获得成形质量较高,缺陷较少的单道熔覆层。再使用最优参数进行多道次的搭接,以制备更大面积的熔覆层。利用金相显微镜、扫描电镜、能量色散谱仪、X射线衍射仪观察并且分析了熔覆层的显微组织、成分分布及相组成。测试了不同涂层进行了显微硬度及摩擦磨损测试,对涂层的耐磨性进行了评估。显微组织及成分分析结果表明,在304不锈钢基体上,不同成分的Ni-W-Si激光熔覆涂层微观组织比较接近,均析出了大量的花瓣状或胞状的W5Si3、Cr Si2及(Fe,Ni)复合相,且其含量随粉末中W、Si元素含量的升高而升高,对提高涂层的硬度及抗磨损能力有良好的增强作用。在45号钢基体上,涂层中主要由柱状晶(Fe-Ni固溶体)与晶间硅化物(W5Si3+WSi2)组成。W含量较高的粉末经激光熔覆后会残余大量未熔W颗粒,涂层凝固过程中产生的新相会以W颗粒为形核中心析出并逐渐将W颗粒完全包裹,最终呈现具有夹心结构的花瓣状或胞状组织。在T2紫铜上,不同成分的Ni-Nb-Si激光熔覆层微观组织比较接近,都由枝晶或柱状晶的Ni2Si、Nb Si2及Nb5Si3复合相,及枝晶间的(Ni,Cu)固溶体构成。但随着Nb含量的增多,涂层中的枝晶更加细密,柱状晶逐渐减少。显微硬度测试及摩擦磨损测试结果表明,Ni-W-Si激光熔覆涂层有良好的摩擦磨损抗性,其磨损机制主要为磨粒磨损;高强韧的W5Si3及过饱和Ni基固溶体分布于涂层中,大大提高了涂层的显微硬度,最高达HV1040,约为不锈钢基体的4倍,并且使涂层的室温干滑动摩擦磨损抗性得到显著增强。在硬质合金相Nb Si2、Nb5Si3,过饱和Ni基固溶体对涂层组织的增强作用下,Ni-Nb-Si涂层的显微硬度及耐磨性相比基体45号钢有了显著提高,随着Nb含量的增多,涂层的硬度得到明显提高,磨损失重也逐渐减小。涂层的摩擦磨损机制主要为磨粒磨损伴随微量粘着磨损,并且室温下的干滑动摩擦磨损抗性得到显著增强。
【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】：2015
【分类号】：TG174.4

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本文编号：1163080