铝合金表面激光熔覆Ni-Cu复合涂层的研究

发布时间：2017-09-25 14:33

  本文关键词：铝合金表面激光熔覆Ni-Cu复合涂层的研究

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【摘要】：本文利用激光熔覆技术，采用Nd:YAG脉冲激光器对预置了Ni-Cu混合粉末的6061铝合金基体进行激光表面熔覆处理，期望原位生成铝镍铜金属间化合物，从而提高6061铝合金表面的耐磨性和硬度。 为了达到预期目的，本文采用正交试验对不同搭接率、不同电流、不同脉宽、不同速度以及不同厚度的预置Ni-Cu混合粉末的铝合金试样进行激光熔覆处理，得到优化的工艺参数，并使用优化的工艺参数对Ni-Cu混合粉末的预置涂层，以及分别添加CeO2、Si、Co的Ni-Cu混合粉末的预置涂层进行激光熔覆试验。利用SEM、XRD、金相分析等多种现代分析手段对不同成分的熔覆层的微观组织、物相以及化学成分进行分析；使用显微硬度计对熔覆层的显微硬度进行测试，使用摩擦磨损试验机对熔覆层的磨损性能进行测试。 试验结果表明：在优化的工艺参数下，激光熔覆Ni-Cu复合涂层得到了与基体具有良好的冶金结合的熔覆层，由Al-Ni金属间化合物为主的致密的显微组织；熔覆层的平均硬度最大达到了480HV，是基体的四倍多；耐磨性能为基体的1.937倍。在优化的工艺参数下，添加CeO2、Si、Co等都对熔覆层显微组织产生了影响，其中CeO2使组织细化，Si和Co使硬质颗粒相增多；对熔覆层的硬度和磨损性能均有了较大提高，其中Si元素的影响效果最为明显，添加Si元素的Ni-Cu熔覆层的平均硬度最大达到了1076HV，是基体的将近10倍；添加Si元素的相对耐磨性最高为铝基体的3.274倍。熔覆层的磨损主要以磨料磨损为主，基体的磨损主要以粘着磨损为主。
【关键词】：激光熔覆 Ni-Cu涂层 第三相元素 显微硬度 耐磨性
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 激光在材料表面强化中的应用10-11
• 1.3 铝合金激光熔覆的研究11-16
• 1.3.1 激光熔覆技术研究11-15
• 1.3.2 铝合金激光熔覆研究现状15-16
• 1.4 激光熔覆的应用16-17
• 1.5 本文的选题意义和主要研究内容17-18
• 1.5.1 选题意义17
• 1.5.2 主要研究内容17-18
• 2 试验内容与研究方法18-26
• 2.1 试验设备18
• 2.2 试验技术路线18-19
• 2.3 试验材料19-21
• 2.4 预置涂层21-22
• 2.4.1 熔覆材料的配比21-22
• 2.4.2 基体材料的预处理22
• 2.4.3 熔覆材料的涂覆22
• 2.5 工艺参数及样品表征22-26
• 2.5.1 激光熔覆工艺参数22-23
• 2.5.2 样品表征23-24
• 2.5.3 性能测试24-26
• 3 激光熔覆Ni-Cu复合涂层组织形貌研究26-42
• 3.1 引言26
• 3.2 正交试验结果分析26-28
• 3.3 工艺参数对 Ni-Cu 复合涂层宏观形貌的影响28-36
• 3.3.1 搭接率的影响28-30
• 3.3.2 熔覆电流的影响30-31
• 3.3.3 熔覆脉宽的影响31-32
• 3.3.4 熔覆速度的影响32-34
• 3.3.5 涂层预置厚度的影响34-36
• 3.4 熔覆涂层组织形貌研究36-41
• 3.4.1 涂层截面形貌36
• 3.4.2 涂层 X 射线衍射物相分析36-37
• 3.4.3 涂层组织形貌分析37-38
• 3.4.4 涂层中缺陷分析38-41
• 3.5 本章小结41-42
• 4 第三相元素对Ni-Cu复合涂层组织形貌的影响42-50
• 4.1 引言42
• 4.2 CeO_2对 Ni-Cu 复合涂层的影响42-44
• 4.2.1 涂层 X 射线衍射物相分析42-43
• 4.2.2 涂层组织形貌分析43-44
• 4.2.3 涂层中的缺陷分析44
• 4.3 Si 元素对 Ni-Cu 复合涂层的影响44-47
• 4.3.1 涂层 X 射线衍射物相分析44-45
• 4.3.2 涂层组织形貌分析45
• 4.3.3 涂层中的缺陷45-47
• 4.4 Co 元素对 Ni-Cu 复合涂层的影响47-49
• 4.4.1 涂层 X 射线衍射物相分析47
• 4.4.2 涂层组织形貌分析47-48
• 4.4.3 涂层中缺陷分析48-49
• 4.5 本章小结49-50
• 5 强化层性能测试50-60
• 5.1 引言50
• 5.2 熔覆层的硬度50-54
• 5.3 磨损试验及机理分析54-58
• 5.3.1 磨损性能测试54-57
• 5.3.2 磨损机理分析57-58
• 5.4 本章小结58-60
• 6 结论60-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果65-66
• 致谢66-67

【参考文献】

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本文编号：917909