激光熔覆YSZ@Ni纳米核壳粒子制备复合涂层及其形成机制研究

发布时间：2017-08-21 20:33

  本文关键词：激光熔覆YSZ@Ni纳米核壳粒子制备复合涂层及其形成机制研究

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【摘要】：针对纳米YSZ(Y2O3部分稳定的ZrO2)粉末在激光熔覆过程中的团聚、飞溅等问题,采用化学镀法制备的纳米YSZ@Ni核壳粒子来解决此关键问题。探讨了纳米YSZ@Ni核壳粒子在激光作用下的熔凝行为;研究了工艺参数对熔覆涂层组织和硬度的影响;探究了激光熔覆涂层的组织演变规律及形成机制。研究了不同成型粉末对激光熔覆制备涂层组织的影响。结果表明,激光熔覆纯纳米YSZ粉和机械混合的YSZ/Ni粉制备的涂层存在组织不均匀现象,而激光熔覆纳米YSZ@Ni核壳粒子制备的涂层组织均匀、致密,且与基体结合良好。这是因为壳层Ni能改善陶瓷相YSZ与Ni基合金基体之间的相容性。在激光熔覆过程中还发现,纯纳米YSZ粉末在激光冲击下飞溅最严重,YSZ/Ni混合粉次之,YSZ@Ni核壳粒子粉最好。通过系统研究激光熔覆单层、三层和八层纳米YSZ@Ni核壳粒子粉,揭示涂层组织演变规律及形成机制。在激光熔覆过程中纳米YSZ@Ni核壳粒子全部熔化,并产生分层现象,核-YSZ相上浮到熔池上部形成陶瓷层,壳-Ni扩散到熔池下部与基体扩散出来的Fe、Cr形成Fe-Cr-Ni合金粘结层。单层试样中YSZ在涂层中分布成四种状态,除了先共晶相YSZ、镶嵌在晶界的颗粒状及少量团聚态的“花状”YSZ外,最主要形成了YSZ/FeCr2O4共晶组织。在三层和八层熔覆试样中,主要以YSZ/FeCr2O4共晶组织形式存在,且熔覆层数越多,涂层组织越均匀,显微硬度也更高。研究了工艺参数对激光熔覆YSZ@Ni纳米核壳粒子制备复合涂层的影响。在其他激光工艺参数相同的情况下,随着扫描速度增加,陶瓷层的厚度减少,组织也逐步有分层的趋势;激光功率对陶瓷层的厚度无明显的线性规律,随着激光功率的增加,熔池深度增加,导致熔覆层内部陶瓷层与合金粘结层之间形成富含Cr、O元素的扩散连接区;当铺粉厚度低于0.3 mm,形成涂层太薄;铺粉厚度增加,熔覆层厚度增加,厚度增加为0.8 mm,试样的陶瓷层厚度可达120μm,继续增加厚度制备出的涂层效果不佳。相对来说,在激光功率为1500 W、扫描速度为600 mm/min、铺粉厚度为0.3 mm和光斑直径为5 mm时,激光熔覆YSZ@Ni纳米核壳粒子制备出的涂层组织均匀,显微硬度高达1436 HV0.2。
【关键词】：纳米YSZ@Ni核壳粒子 激光熔覆 纳米陶瓷涂层 熔凝行为 工艺参数 形成机制
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-16
• 1.1 引言7
• 1.2 纳米陶瓷涂层及其研究现状7-9
• 1.3 激光熔覆技术制备纳米陶瓷涂层9-14
• 1.3.1 激光熔覆制备纳米陶瓷涂层研究进展10
• 1.3.2 常见熔覆材料体系10-14
• 1.3.2.1 纳米陶瓷粉11-12
• 1.3.2.2 纳米陶瓷/金属混合粉12-13
• 1.3.2.3 金属包覆纳米陶瓷粉13-14
• 1.4 研究目的和研究内容14-16
• 1.4.1 研究的目的14-15
• 1.4.2 主要研究内容15-16
• 第2章 实验材料与方法16-21
• 2.1 实验材料16-17
• 2.1.1 基体材料16
• 2.1.2 熔覆材料16-17
• 2.2 实验方案17-19
• 2.2.1 技术路线17-18
• 2.2.2 激光熔覆实验18-19
• 2.3 复合涂层的硬度测试19-20
• 2.4 试样制备及检测20-21
• 第3章 成型粉末对激光熔覆涂层组织的影响21-30
• 3.1 引言21
• 3.2 激光熔覆纳米YSZ粉制备涂层21-24
• 3.3 激光熔覆纳米YSZ/Ni混合粉制备复合涂层24-28
• 3.4 激光熔覆纳米YSZ@Ni核壳粒子粉制备复合涂层28-29
• 3.5 本章小结29-30
• 第4章 激光多层熔覆纳米YSZ@Ni核壳粒子制备涂层的组织演变规律30-44
• 4.1 引言30
• 4.2 涂层的相分析30-32
• 4.3 涂层的显微组织分析32-39
• 4.3.1 单层熔覆层显微组织分析32-33
• 4.3.2 三层熔覆层显微组织分析33-37
• 4.3.3 八层熔覆层显微组织分析37-39
• 4.4 多层熔覆涂层组织形成机制分析39-43
• 4.4.1 多层熔覆涂层的硬度分析39-40
• 4.4.2 纳米YSZ@Ni核壳粒子的分层凝固行为40-41
• 4.4.3 多层熔覆纳米 YSZ@Ni 核壳粒子制备涂层的组织演变规律41-43
• 4.5 本章小结43-44
• 第5章 工艺参数对激光熔覆YSZ@Ni纳米核壳粒子制备涂层的影响44-57
• 5.1 引言44
• 5.2 熔覆层物相分析44-45
• 5.3 熔覆工艺对熔覆层显微组织的影响45-54
• 5.3.1 扫描速度对涂层的组织和形貌影响45-51
• 5.3.2 激光功率对涂层的组织和形貌影响51-52
• 5.3.3 不同铺粉厚度对涂层的组织和形貌影响52-54
• 5.4 不同工艺参数下复合涂层形成组织分析54-56
• 5.4.1 复合涂层的硬度分析54-55
• 5.4.2 复合涂层组织形成机制分析55-56
• 5.5 本章小结56-57
• 第6章 结论57-59
• 参考文献59-63
• 攻读硕士期间发表的论文63-64
• 致谢64-65

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本文编号：714974