高速电弧喷涂—激光重熔复合制备Fe基涂层的试验研究

发布时间：2017-08-04 14:35

  本文关键词：高速电弧喷涂—激光重熔复合制备Fe基涂层的试验研究

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【摘要】：以不锈钢带包覆合适粒度及配比的Fe、Cr、Al、Ni等金属粉,试制了FeCrNi、 FeCrAl、FeCrNiAl和FeCrNiAlBSi四种粉芯丝材,选用合适的高速电弧喷涂工艺参数成功制备了四种Fe基涂层。采用激光技术对FeCrNiAlBSi涂层进行重熔处理,探索合理的激光重熔工艺参数。使用金相显微镜、显微硬度计、扫描电子显微镜(SEM)及附属能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等对比研究基体、FeCrNiAlBSi涂层及其激光重熔层的组织性能、耐摩擦磨损性能和抗高温氧化性能。课题的主要研究结论如下：在0.5MPa空气压力下,以电弧电压32-34V,电流200-220A制备的四种Fe基涂层截面组织均呈典型的层状结构,其中FeCrNiAlBSi组织致密、孔隙率低,显微硬度及与基体的结合强度较高,显微硬度值约为501.0HV0.1～673.2HV0.1,存在较大的不均匀性,结合强度约为17.2MPa。FeCrNiAlBSi涂层主要由Fe-Cr相、金属氧化物及少量孔隙组成。多次重熔实验表明,采用激光功率280W、离焦量-0.5mm、扫描速度180mm/min和搭接率70%重熔得到的重熔层表面质量较好,此时重熔层显微硬度约为837.4HV0.1,均匀性较好,重熔合金区高度约为340μm。激光重熔后涂层内部孔隙率大幅度降低,层状组织消除,叠层之间、涂层与基体之间由机械结合转变为冶金结合,激光重熔层表面光洁度较好,重熔层主要由Fe-Cr相、Ni-Cr-Fe相等组成。高温氧化实验表明,600℃×48h条件下,激光重熔层抗高温氧化性最好,氧化增重约为4.96mg/cm2,FeCrNiAlBSi涂层次之,氧化增重约为10.35mg/cm2。摩擦磨损实验表明,基体、FeCrNiAlBSi涂层和激光重熔层的摩擦系数依次降低且趋于稳定。激光重熔层耐磨性能最好,FeCrNiAlBSi涂层次之。FeCrNiAlBSi磨损量约为基体的一半,激光重熔层磨损量仅为基体的1/3。
【关键词】：高速电弧喷涂 激光重熔 FeCrNiAlBSi涂层 抗高温氧化性 耐磨性
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.442
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-17
• 第一章 绪论17-25
• 1.1 选题背景及意义17-18
• 1.2 高速电弧喷涂技术18-22
• 1.2.1 原理和特点18-19
• 1.2.2 电弧喷涂材料19-21
• 1.2.3 高速电弧喷涂的研究现状21-22
• 1.3 激光重熔技术22-24
• 1.3.1 激光重熔简介22-23
• 1.3.2 激光重熔的研究现状23-24
• 1.4 课题主要研究内容与目的24
• 1.5 本章小结24-25
• 第二章 实验材料、设备和方法25-32
• 2.1 实验材料25
• 2.1.1 基体材料25
• 2.1.2 涂层材料25
• 2.2 实验设备25
• 2.3 实验方法25-31
• 2.3.1 粉芯丝材的制造25-26
• 2.3.2 高速电弧喷涂层制备26-27
• 2.3.3 激光重熔试验27-28
• 2.3.4 显微组织观察28
• 2.3.5 硬度测试28
• 2.3.6 结合强度测试28-29
• 2.3.7 涂层高度及重熔高度测量29
• 2.3.8 高温氧化实验29-30
• 2.3.9 摩擦磨损实验30-31
• 2.3.10 SEM扫描电镜分析31
• 2.3.11 X射线衍射分析31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 Fe基电弧喷涂层研究32-45
• 3.0 前言32
• 3.1 涂层成分设计32-33
• 3.2 电弧喷涂工艺33-36
• 3.2.1 基体喷砂处理34
• 3.2.2 喷涂工艺参数34-36
• 3.3 喷涂层的组织与性能分析36-39
• 3.3.1 涂层金相组织观察36-37
• 3.3.2 显微硬度测试37-39
• 3.4 涂层结合强度分析39-40
• 3.5 涂层的截面SEM及EDS分析40-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第四章 激光重熔工艺参数研究45-52
• 4.1 前言45
• 4.2 激光重熔工艺参数研究45-47
• 4.3 实验结果分析47-50
• 4.3.1 重熔后宏观形貌对比47-48
• 4.3.2 重熔层显微硬度分析48
• 4.3.3 重熔合金区高度测量48-50
• 4.4 多道重熔搭接率的优化50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第五章 涂层及重熔层性能分析52-63
• 5.1 前言52
• 5.2 重熔层显微组织分析52-53
• 5.3 重熔层SEM微观形貌形貌观察及EDS能谱分析53-54
• 5.4 XRD物相分析54-56
• 5.5 耐高温氧化性能分析56-57
• 5.5.1 氧化增重曲线56
• 5.5.2 氧化后微观组织分析56-57
• 5.6 耐磨性能分析57-61
• 5.6.1 实验过程57
• 5.6.2 试样摩擦系数及磨损量分析57-59
• 5.6.3 试样的磨损形貌分析59-61
• 5.7 本章小结61-63
• 第六章 结论与展望63-65
• 6.1 课题结论63-64
• 6.2 课题展望64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文69

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本文编号：620103