激光功率对Cr 7 C 3 -Fe 2 C/MS 2 镍基多元涂层组织与性能的影响
发布时间：2021-11-28 22:18
为提高304不锈钢表面的摩擦学性能,采用激光熔覆技术,选取不同激光功率,在304不锈钢表面原位衍生了Cr7C3-Fe2C/MS2镍基高温耐磨自润滑复合涂层,利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和显微硬度计等分析测试了复合涂层的物相组成、显微组织和显微硬度,使用HT-1000型高温摩擦磨损试验机测试了涂层在600℃高温下的摩擦磨损性能。结果表明:激光功率对涂层物相组成影响不大,涂层物相组成为Cr0.19Fe0.7Ni0.11固溶体、Cr7C3/Fe2C、Ti2SC/CrS和少量WS2相;激光功率为1.8 kW时,涂层组织晶粒细小均匀,涂层平均显微硬度302.0 HV0.5,比不锈钢基体提高了约17.4%,涂层平均摩擦系数为0.35,磨损性能相比基体提高了约1倍;随着激光功率的提高,导致稀释率增加,涂层组织缺陷明显,涂层...
【文章来源】：材料热处理学报. 2020,41(10)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
激光熔覆层的XRD图谱
图3为图2(a)中方框区域放大与元素分布图,可以看出主要组织形态为灰色连续的晶粒状基体与白色规则型边界的颗粒或长杆组织组成,与图2中典型组织形态一致。对比图3(b)、3(f)、3(g)、3(h)中C、S、Ti、W元素分布,结合表3中EDS分析结果可以判断白色规则边界状颗粒为Ti2SC,白色杆状组织为CrS与少量WS2,仔细观察不难发现,Fe元素分布最多,说明不锈钢基体合金化较为明显,与图3(c)、3(e)中剩余的Cr、Ni元素形成灰色连续晶粒状Cr0.19Fe0.7Ni0.11固溶体,起到增韧、粘结作用,可以有效改善涂层的高温力学性能。表3 图2中不同区域的EDS分析结果Table 3 EDS analysis results of different regions marked in Fig.2 Area Composition/at% Ni Ti C W S Fe Cr A 11.05 0.83 2.46 0.46 0.07 66.93 18.20 B 9.73 1.06 31.43 0.27 0.25 41.86 15.39 C 8.96 7.51 12.15 0.92 5.20 50.53 14.73 D 14.93 2.70 7.49 0.38 2.39 58.47 13.63 E 13.17 1.72 26.11 1.55 1.77 40.48 15.20 F 8.75 12.71 6.33 0.83 10.45 38.67 22.26 G 9.59 36.32 18.38 1.09 19.19 8.84 6.59
激光功率为2.0 kW的N2涂层的平均硬度低于基体硬度,结合组织SEM照片可以推测原因为:1)熔池冷凝过程中Ti与C活性较高优先结合成TiC,而TiC又与S元素原位合成软质相Ti2SC,熔池中剩余C元素较少,导致硬质相生成较少;2)N2涂层硬质相组织连续性差,成颗粒状晶体与固溶体基体结合力差,在打磨过程中易脱落;3)激光功率增加的同时涂层稀释严重,导致Cr7C3和Fe2C硬质相烧损率增加,且涂层组织缺陷相对增加。然而,N2涂层热影响区域没有受到基体稀释的影响,热影响区硬度比涂层区域有一段上升趋势,分析其原因为涂层底部为热影响区,该区域的快速冷凝速度比奥氏体不锈钢淬火临界冷却速度高,致使304不锈钢基体发生了马氏体相变,并熔融于涂层底部,最终由马氏体组织提高了热影响区的性能,表现为涂层底部的显微硬度高于涂层中上部[14]。图4 激光熔覆层的显微硬度曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光熔覆304不锈钢组织与力学性能研究[J]. 郭卫,张亚普,胡磊,李远凯. 应用激光. 2019(02)
[2]SUS304不锈钢管内壁类金刚石碳基薄膜的制备及其腐蚀、摩擦学性能[J]. 张铭炯,崔明君,王福,鲁志斌,张广安. 材料保护. 2018(11)
[3]超级13Cr不锈钢在海洋油气田环境中腐蚀行为灰关联分析[J]. 李洋,李承媛,陈旭,杨佳星,王欣彤,明男希,韩镇泽. 中国腐蚀与防护学报. 2018(05)
[4]AISI 316L不锈钢表面沉积Ti掺杂类金刚石薄膜及其性能[J]. 王玲,张洁,李林枝,常大宇,龙航宇,谢友能. 材料保护. 2017(06)
[5]65Mn钢表面激光熔覆铁基合金组织及摩擦磨损性能[J]. 王宏立. 应用激光. 2016(04)
[6]激光熔覆铁基Cr3C2/MoS2覆层的组织和摩擦磨损性能[J]. 李爱农,魏成靓,刘娇姣,周文乐,王华君,况诗婷. 中国表面工程. 2015(05)
[7]N/Ti/Al离子注入304不锈钢的耐磨性[J]. 袁联雄,唐德文,邹树梁,刘军,李朋雪. 表面技术. 2015(09)
[8]钛合金表面激光熔覆高温自润滑耐磨复合涂层[J]. 孟祥军,刘秀波,刘海青,陈瑶. 焊接学报. 2015(05)
[9]Ti-6Al-4V合金激光熔覆γ-NiCrAlTi/TiC+TiWC2/CrS+Ti2CS高温自润滑耐磨复合涂层研究[J]. 刘海青,刘秀波,孟祥军,孙承峰,王明娣,石皋莲,吴少华. 中国激光. 2014(03)
[10]外加颗粒强化钢铁材料的研究进展[J]. 黄忠东,才庆魁,牛建平,黄文力. 热加工工艺. 2011(08)
本文编号：3525251
【文章来源】：材料热处理学报. 2020,41(10)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
激光熔覆层的XRD图谱
图3为图2(a)中方框区域放大与元素分布图,可以看出主要组织形态为灰色连续的晶粒状基体与白色规则型边界的颗粒或长杆组织组成,与图2中典型组织形态一致。对比图3(b)、3(f)、3(g)、3(h)中C、S、Ti、W元素分布,结合表3中EDS分析结果可以判断白色规则边界状颗粒为Ti2SC,白色杆状组织为CrS与少量WS2,仔细观察不难发现,Fe元素分布最多,说明不锈钢基体合金化较为明显,与图3(c)、3(e)中剩余的Cr、Ni元素形成灰色连续晶粒状Cr0.19Fe0.7Ni0.11固溶体,起到增韧、粘结作用,可以有效改善涂层的高温力学性能。表3 图2中不同区域的EDS分析结果Table 3 EDS analysis results of different regions marked in Fig.2 Area Composition/at% Ni Ti C W S Fe Cr A 11.05 0.83 2.46 0.46 0.07 66.93 18.20 B 9.73 1.06 31.43 0.27 0.25 41.86 15.39 C 8.96 7.51 12.15 0.92 5.20 50.53 14.73 D 14.93 2.70 7.49 0.38 2.39 58.47 13.63 E 13.17 1.72 26.11 1.55 1.77 40.48 15.20 F 8.75 12.71 6.33 0.83 10.45 38.67 22.26 G 9.59 36.32 18.38 1.09 19.19 8.84 6.59
激光功率为2.0 kW的N2涂层的平均硬度低于基体硬度,结合组织SEM照片可以推测原因为:1)熔池冷凝过程中Ti与C活性较高优先结合成TiC,而TiC又与S元素原位合成软质相Ti2SC,熔池中剩余C元素较少,导致硬质相生成较少;2)N2涂层硬质相组织连续性差,成颗粒状晶体与固溶体基体结合力差,在打磨过程中易脱落;3)激光功率增加的同时涂层稀释严重,导致Cr7C3和Fe2C硬质相烧损率增加,且涂层组织缺陷相对增加。然而,N2涂层热影响区域没有受到基体稀释的影响,热影响区硬度比涂层区域有一段上升趋势,分析其原因为涂层底部为热影响区,该区域的快速冷凝速度比奥氏体不锈钢淬火临界冷却速度高,致使304不锈钢基体发生了马氏体相变,并熔融于涂层底部,最终由马氏体组织提高了热影响区的性能,表现为涂层底部的显微硬度高于涂层中上部[14]。图4 激光熔覆层的显微硬度曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光熔覆304不锈钢组织与力学性能研究[J]. 郭卫,张亚普,胡磊,李远凯. 应用激光. 2019(02)
[2]SUS304不锈钢管内壁类金刚石碳基薄膜的制备及其腐蚀、摩擦学性能[J]. 张铭炯,崔明君,王福,鲁志斌,张广安. 材料保护. 2018(11)
[3]超级13Cr不锈钢在海洋油气田环境中腐蚀行为灰关联分析[J]. 李洋,李承媛,陈旭,杨佳星,王欣彤,明男希,韩镇泽. 中国腐蚀与防护学报. 2018(05)
[4]AISI 316L不锈钢表面沉积Ti掺杂类金刚石薄膜及其性能[J]. 王玲,张洁,李林枝,常大宇,龙航宇,谢友能. 材料保护. 2017(06)
[5]65Mn钢表面激光熔覆铁基合金组织及摩擦磨损性能[J]. 王宏立. 应用激光. 2016(04)
[6]激光熔覆铁基Cr3C2/MoS2覆层的组织和摩擦磨损性能[J]. 李爱农,魏成靓,刘娇姣,周文乐,王华君,况诗婷. 中国表面工程. 2015(05)
[7]N/Ti/Al离子注入304不锈钢的耐磨性[J]. 袁联雄,唐德文,邹树梁,刘军,李朋雪. 表面技术. 2015(09)
[8]钛合金表面激光熔覆高温自润滑耐磨复合涂层[J]. 孟祥军,刘秀波,刘海青,陈瑶. 焊接学报. 2015(05)
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[10]外加颗粒强化钢铁材料的研究进展[J]. 黄忠东,才庆魁,牛建平,黄文力. 热加工工艺. 2011(08)
本文编号：3525251
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