标题:陶瓷颗粒增强铁基合金激光熔覆层的研究
导师:曲仕尧
学号:200912392
作者:徐勤官
论文答辩日期:2012-05-24 00:00:00
学位名称:工程硕士
关键词:激光熔覆;同步送粉;原位合成;陶瓷颗粒;显微组织;耐磨损性能
摘要:钢铁材料是冶金、矿山、建筑、道路施工、石油化工、煤炭等生产领域主要使用的结构材料,然而,这些工作环境使得材料极易出现磨损失效。世界上每年能源的三分之一到一半消耗在不同形式的摩擦磨损上。因此,提高材料的耐磨性一直是生产单位迫在眉睫的问题,也是科学工作者的使命。 本文采用激光熔覆原位合成技术在Q235钢表面上制备了复合陶瓷颗粒增强的铁基激光熔覆层。利用显微硬度计、光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及滑动磨损试验机等测试分析手段,系统地研究了激光熔覆层的显微组织和性能。 本文采用同步送粉方式进行试验,研究了激光扫描速度、激光功率、多道搭接率、保护气体流量,载气流量以及送粉速率对熔覆层的成形以及性能的影响。研究表明,当激光功率为2000W、扫描速度250mm/min、保护气流量为6-7L/min、送粉速率为10g/min、搭接率为30%时,可以获得表面成形和耐磨性良好的大面积熔覆层。 研究了合金粉末的不同组分及添加量对熔覆层组织及性能的影响。试验表明,钛铁、钼铁、碳化硼可以通过原位反应在熔覆层中生成大量的碳化物颗粒,从而起到颗粒增强的作用。但是,这些成分加入超过一定量时,生成的陶瓷颗粒过多,增加了熔体的黏度,从而导致熔覆层成形变差,甚至出现夹杂、裂纹、涂层易剥落等现象。钛铁与钼铁的加入可以和碳化硼反应生成TiB2,TiC以及MoC等陶瓷颗粒,有效地增强了涂层的耐磨性。高镍铁基合金粉末中含有大量的Ni、Cr、及少量的Mo、C,使得涂层中生成了一些Cr7C3等碳化物,一部分Mo和Cr元素固溶于基体中,对熔覆层起到固溶强化的作用。 采用钛铁(含钛30%)、钼铁(含钼60%)、B4C、高镍铁基合金混合粉末,在Q235基体上熔覆一层耐磨涂层,制备出了TiB2,TiC、MoC以及B4C复合颗粒增强的Fe基熔覆层,表面成形较好,内部无夹渣、裂纹等缺陷。组织致密,硬质相呈均匀弥散分布。复合相熔覆层的磨损机制主要为显微切削和粘着磨损。由于熔覆层具有较高的平均显微硬度(1100HV0.3左右),使得熔覆层在磨损过程中难于发生塑性变形,因而具有优异的耐磨性能。在相同的试验条件下,复合涂层的磨损失重约为Q235的1/25。即熔覆层的耐磨性约为Q235的25倍。
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