高速钢表面激光熔覆Fe-Al-Ti-WC复合涂层
发布时间：2021-03-19 12:36
利用激光熔覆技术在高速钢表面制备了Fe-Al-Ti-WC复合熔覆涂层。借助扫描电镜、X射线衍射仪、能谱分析仪、显微硬度仪、表面性能综合测试仪分析了熔覆层与基体的冶金结合状态、熔覆层的物相组成、微观结构、显微硬度和摩擦磨损特性。结果表明:熔覆层与基体呈良好的冶金结合态;WC及原位生成的TiC、Al2O3、Fe3Al、Al3Ti等硬相弥散分布于涂层中,大部分硬相存在于晶粒内部,起到细化晶粒的作用;熔覆层硬度和耐磨性分别较基体高;熔覆层的硬度呈梯度分布。
【文章来源】：热加工工艺. 2020,49(24)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
熔覆层的XRD图谱
图2给出了C与W、Ti反应生成WC、Ti C的吉布斯自由能随温度变化关系。可发现，ΔGWC明显小于ΔGTi C，说明Ti与C更易发生反应。所以涂层中Ti C为部分WC在高温下分解后产生的C与Ti反应生成了Ti C。Al与氧在熔覆过程中反应生成了少量的Al2O3。V、Cr的存在反映出高速钢基体内部的元素在熔覆过程中进入了熔覆层中。分析得出，本实验通过激光熔覆，在高速钢表面制备出以金属间化合物Fe Al、Al Ti为粘结相，以WC、Ti C、Fe3Al、Al3Ti等为硬质增强相的复合熔覆涂层。图3为熔覆层过渡区域的显微形貌。可发现，基体与熔覆层之间交叉着多条明显的熔融线，且宽度较窄。这是因为在激光作用下，基体表面快速形成熔池，基体与熔覆材料存在元素浓度差异，相互扩散。在熔覆层与基体之间形成与基体和熔覆层的成分均不相同的过渡区域。过渡区域反映了熔覆层与基体之间形成良好的冶金结合状态，提高了熔覆层与基体的结合强度。
图3为熔覆层过渡区域的显微形貌。可发现，基体与熔覆层之间交叉着多条明显的熔融线，且宽度较窄。这是因为在激光作用下，基体表面快速形成熔池，基体与熔覆材料存在元素浓度差异，相互扩散。在熔覆层与基体之间形成与基体和熔覆层的成分均不相同的过渡区域。过渡区域反映了熔覆层与基体之间形成良好的冶金结合状态，提高了熔覆层与基体的结合强度。图4为熔覆层各区域的显微形貌。图4(a）给出了熔覆层底部区域的微观结构。由图4(a）可发现，熔覆层未出现外延生长的柱状晶，多为细小的等轴晶。结合XRD分析结果与表2给出的图4中对应各点的EDS扫描分析结果。图4(b）为熔覆层中部区域的微观结构，A点W、C含量较其他位置低很多，说明此处主要以Fe Al相、Al Ti相为主，作为熔覆层的粘结相。观察发现，晶粒内部存在很多细小的颗粒，结合XRD分析结果及图中B、C点的EDS扫描分析结果，判断为WC、Ti C、Al2O3等硬质相颗粒。高熔点的硬相颗粒为金属间化合物熔体的凝固提供了形核中心，所以硬相颗粒大多分布于晶粒内部，一定程度上细化了晶粒，也是熔覆层中基本为细小等轴晶的成因。图4(c）为熔覆层中部区域另一位置的微观结构，图中发现了较大的片状组织。结合图中D点的EDS扫描分析结果，D点W、C含量均较高，判断此片状组织为未溶解的大颗粒WC。在这些片状组织周围富集着一圈细小颗粒，这是由于在熔覆过程中，未溶解的大颗粒WC的边缘已经开始溶解，但这些刚刚溶解的WC不能及时的扩散进入熔池中，所以在片状的未溶解WC周边形成一圈颗粒带。图4(d）为熔覆层顶部区域微观结构。可发现，相比中部区域晶粒的大小，涂层顶部晶粒并无明显变化。这是由于在多道搭接熔覆过程中，熔覆层顶部冷却速度并未明显快于熔覆层中部，凝固速度差异不大，所以涂层中晶粒大小趋于均匀。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光熔覆原位自生Ti-Al-Si复合涂层的微观组织和高温抗氧化性能[J]. 刘洪喜,赵艳爽,张晓伟,郝轩宏,张璐璐. 光学精密工程. 2019(02)
[2]2Cr13不锈钢激光熔覆涂层的性能[J]. 何斌锋,付福兴,谢燕翔,李雷. 热加工工艺. 2018(12)
[3]激光熔覆TiC/FeAl原位复合涂层[J]. 赵龙志,杨海超,赵明娟,谢玉江. 材料研究学报. 2017(11)
[4]激光熔覆的研究现状[J]. 董冬梅,陈菊芳,雷卫宁. 热加工工艺. 2017(16)
[5]激光熔覆Ti-Al金属间化合物复合涂层的显微组织和性能[J]. 刘洪喜,李庆铃,张晓伟,李正学,冷凝. 中国有色金属学报. 2017(06)
[6]20Cr2Ni4A齿轮钢高温渗碳工艺[J]. 赵文军,刘国强,王金栋,蔡红,曹明宇. 金属热处理. 2015(12)
[7]钢表面激光搭接熔覆镍基纳米WC/Co复合涂层的显微组织[J]. 张光钧,朱屹峰,吕灵宾. 金属热处理. 2008(10)
[8]原位反应合成金属间化合物激光合金化层的组织及抗磨性能[J]. 张松,张春华,文效忠,刘常升,才庆魁. 摩擦学学报. 2005(02)
本文编号：3089577
【文章来源】：热加工工艺. 2020,49(24)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
熔覆层的XRD图谱
图2给出了C与W、Ti反应生成WC、Ti C的吉布斯自由能随温度变化关系。可发现，ΔGWC明显小于ΔGTi C，说明Ti与C更易发生反应。所以涂层中Ti C为部分WC在高温下分解后产生的C与Ti反应生成了Ti C。Al与氧在熔覆过程中反应生成了少量的Al2O3。V、Cr的存在反映出高速钢基体内部的元素在熔覆过程中进入了熔覆层中。分析得出，本实验通过激光熔覆，在高速钢表面制备出以金属间化合物Fe Al、Al Ti为粘结相，以WC、Ti C、Fe3Al、Al3Ti等为硬质增强相的复合熔覆涂层。图3为熔覆层过渡区域的显微形貌。可发现，基体与熔覆层之间交叉着多条明显的熔融线，且宽度较窄。这是因为在激光作用下，基体表面快速形成熔池，基体与熔覆材料存在元素浓度差异，相互扩散。在熔覆层与基体之间形成与基体和熔覆层的成分均不相同的过渡区域。过渡区域反映了熔覆层与基体之间形成良好的冶金结合状态，提高了熔覆层与基体的结合强度。
图3为熔覆层过渡区域的显微形貌。可发现，基体与熔覆层之间交叉着多条明显的熔融线，且宽度较窄。这是因为在激光作用下，基体表面快速形成熔池，基体与熔覆材料存在元素浓度差异，相互扩散。在熔覆层与基体之间形成与基体和熔覆层的成分均不相同的过渡区域。过渡区域反映了熔覆层与基体之间形成良好的冶金结合状态，提高了熔覆层与基体的结合强度。图4为熔覆层各区域的显微形貌。图4(a）给出了熔覆层底部区域的微观结构。由图4(a）可发现，熔覆层未出现外延生长的柱状晶，多为细小的等轴晶。结合XRD分析结果与表2给出的图4中对应各点的EDS扫描分析结果。图4(b）为熔覆层中部区域的微观结构，A点W、C含量较其他位置低很多，说明此处主要以Fe Al相、Al Ti相为主，作为熔覆层的粘结相。观察发现，晶粒内部存在很多细小的颗粒，结合XRD分析结果及图中B、C点的EDS扫描分析结果，判断为WC、Ti C、Al2O3等硬质相颗粒。高熔点的硬相颗粒为金属间化合物熔体的凝固提供了形核中心，所以硬相颗粒大多分布于晶粒内部，一定程度上细化了晶粒，也是熔覆层中基本为细小等轴晶的成因。图4(c）为熔覆层中部区域另一位置的微观结构，图中发现了较大的片状组织。结合图中D点的EDS扫描分析结果，D点W、C含量均较高，判断此片状组织为未溶解的大颗粒WC。在这些片状组织周围富集着一圈细小颗粒，这是由于在熔覆过程中，未溶解的大颗粒WC的边缘已经开始溶解，但这些刚刚溶解的WC不能及时的扩散进入熔池中，所以在片状的未溶解WC周边形成一圈颗粒带。图4(d）为熔覆层顶部区域微观结构。可发现，相比中部区域晶粒的大小，涂层顶部晶粒并无明显变化。这是由于在多道搭接熔覆过程中，熔覆层顶部冷却速度并未明显快于熔覆层中部，凝固速度差异不大，所以涂层中晶粒大小趋于均匀。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光熔覆原位自生Ti-Al-Si复合涂层的微观组织和高温抗氧化性能[J]. 刘洪喜,赵艳爽,张晓伟,郝轩宏,张璐璐. 光学精密工程. 2019(02)
[2]2Cr13不锈钢激光熔覆涂层的性能[J]. 何斌锋,付福兴,谢燕翔,李雷. 热加工工艺. 2018(12)
[3]激光熔覆TiC/FeAl原位复合涂层[J]. 赵龙志,杨海超,赵明娟,谢玉江. 材料研究学报. 2017(11)
[4]激光熔覆的研究现状[J]. 董冬梅,陈菊芳,雷卫宁. 热加工工艺. 2017(16)
[5]激光熔覆Ti-Al金属间化合物复合涂层的显微组织和性能[J]. 刘洪喜,李庆铃,张晓伟,李正学,冷凝. 中国有色金属学报. 2017(06)
[6]20Cr2Ni4A齿轮钢高温渗碳工艺[J]. 赵文军,刘国强,王金栋,蔡红,曹明宇. 金属热处理. 2015(12)
[7]钢表面激光搭接熔覆镍基纳米WC/Co复合涂层的显微组织[J]. 张光钧,朱屹峰,吕灵宾. 金属热处理. 2008(10)
[8]原位反应合成金属间化合物激光合金化层的组织及抗磨性能[J]. 张松,张春华,文效忠,刘常升,才庆魁. 摩擦学学报. 2005(02)
本文编号：3089577
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