激光熔覆镍基复合涂层组织与性能研究

发布时间：2017-03-30 02:11

  本文关键词：激光熔覆镍基复合涂层组织与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：镍基自熔性合金因其良好的耐磨性、耐蚀性以及与基体之间良好的润湿性,是激光熔覆最常用的熔覆材料之一。但研究表明,在高负荷、无润滑的工况下,镍基合金涂层极易因发生疲劳磨损和粘着磨损而提早失效,这在很大程度上影响了相关构件的使用寿命。而为了进一步提高镍基合金涂层的使用性能,考虑在镍基合金中分别加入一定化学计量比的镍包石墨、石墨烯和镍包碳化钨,并制备出相应的复合涂层,从而获得良好的力学性能和摩擦磨损性能。 本文采用激光熔覆技术,以40CrNi2Si2MoV钢为基体材料,Ni45A自熔性合金粉末为熔覆层基质材料,通过向其中分别添加不同含量的镍包石墨、石墨烯和镍包碳化钨,制备出相应的复合增强涂层。并利用X射线衍射仪、扫描电镜、电子探针、显微硬度计和摩擦磨损试验机等技术手段系统研究了添加物质对复合增强涂层组织和性能的影响规律。 镍包石墨是一种核壳结构的复合粉体材料,其表面镍包覆层的存在不但可以避免其芯部的石墨相在激光熔池中与合金元素之间发生反应,还可以增加石墨相与镍基合金基质之间的润湿性能,其芯部的石墨相则是良好的固体润滑材料,其独特的层片状结构能显著改善复合涂层的摩擦磨损性能。研究表明,添加不同含量镍包石墨的镍基复合涂层主要由γ-Ni、Ni3B、M23C6、M7C3和石墨相组成,熔覆层组织为典型的亚共晶形态；当镍包石墨的添加量大于10vo1.%时,复合涂层中能清晰地观察到球形颗粒状的石墨相；随着涂层中石墨含量的增多,复合涂层组织得到明显细化,硬度逐渐增大,耐磨性逐渐增强,而减摩性则呈现先降低后增大的趋势,当镍包石墨添加量为6vo1.%时,复合涂层具有最小减摩性。 石墨烯是迄今发现的力学性能最好的材料,且因其继承了石墨的层片状结构,因此石墨烯也可被用作固体润滑剂。研究结果表明,添加不同含量石墨烯的镍基复合涂层主要由γ-Ni、Ni3B、M23C6和M7C3相组成,涂层中并未检测到石墨烯的存在,熔覆层组织是由典型的树枝晶+共晶状态组成；随着石墨烯添加量的增加,受涂层中硬质碳化物含量增多以及熔覆层组织细化的影响,涂层的硬度和耐磨性都得到提高,但减摩性则呈现逐渐降低趋势。 镍包碳化钨也是一种核壳结构的复合粉体材料。涂层中碳化钨颗粒的存在,主要是为了提高涂层的耐磨性。研究结果表明,添加不同含量镍包碳化钨的镍基复合涂层主要由γ-Ni、WC、W2C、M23C6和M7C3五种相组成,随着镍包碳化钨添加量的增多,熔覆层组织中树枝晶的数量明显减少,共晶组织数量明显增多；由于碳化钨在激光熔覆中发生了部分溶解,在碳化钨颗粒边缘形成了大量外延生长的晶须状组织,这些晶须状组织的存在,能保证碳化钨颗粒与镍基合金基质之间达到冶金结合强度；且随着复合涂层中碳化钨颗粒的增多,涂层的硬度和耐磨性都得到提高,但其减摩性则逐渐降低。 对比发现,添加14vo1.%镍包石墨时,复合涂层的减磨性最好；而当镍包碳化钨的添加量为20vo1.%时,复合涂层的耐磨性最好,硬度也最高。
【关键词】：激光熔覆 镍基合金 镍包石墨 石墨烯 镍包碳化钨 组织 性能
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 镍基合金10-14
• 1.2.1 镍及镍基合金的发展10-12
• 1.2.2 镍基合金的力学性能及改善方法12-13
• 1.2.3 镍基合金涂层的研究现状13-14
• 1.3 激光熔覆技术14-18
• 1.3.1 激光熔覆技术的特点14
• 1.3.2 熔覆材料的选用14-15
• 1.3.3 激光熔覆技术的工艺参数和工艺流程15-16
• 1.3.4 熔覆层的主要缺陷及控制方法16-17
• 1.3.5 激光熔覆技术的发展现状及应用17-18
• 1.4 激光熔覆第二相增强合金涂层研究现状18-19
• 1.5 金属基自润滑材料以及自润滑合金涂层研究现状19-21
• 1.6 本文立题依据与研究内容21-22
• 2 实验材料与实验方法22-33
• 2.1 基体材料22
• 2.2 熔覆材料22-27
• 2.3 激光熔覆实验27-28
• 2.4 组织成分分析28-29
• 2.5 显微硬度分析29
• 2.6 摩擦磨损试验29-33
• 3 镍包石墨对激光熔覆镍基合金涂层组织与性能的影响33-48
• 3.1 激光熔覆镍包石墨-镍基复合涂层显微组织33-38
• 3.2 激光熔覆镍包石墨-镍基复合涂层中石墨的形态与分布38-42
• 3.3 激光熔覆镍包石墨-镍基复合涂层显微硬度42-43
• 3.4 激光熔覆镍包石墨-镍基复合涂层摩擦磨损性能43-46
• 3.5 本章小结46-48
• 4 石墨烯对激光熔覆镍基合金涂层组织与性能的影响48-57
• 4.1 激光熔覆石墨烯-镍基复合涂层显微组织48-51
• 4.2 激光熔覆石墨烯-镍基复合涂层中石墨烯的溶解机制51-52
• 4.3 激光熔覆石墨烯-镍基复合涂层显微硬度52-53
• 4.4 激光熔覆石墨烯-镍基复合涂层摩擦磨损性能53-55
• 4.5 本章小结55-57
• 5 镍包碳化钨对激光熔覆镍基合金涂层组织与性能的影响57-68
• 5.1 激光熔覆镍包碳化钨-镍基复合涂层显微组织57-63
• 5.2 激光熔覆镍包碳化钨-镍基复合涂层显微硬度63-64
• 5.3 激光熔覆镍包碳化钨-镍基复合涂层摩擦磨损性能64-67
• 5.4 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-72
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况72-73
• 致谢73-74

【参考文献】

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本文编号：275977