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合金成分对镍基合金激光熔覆的影响

导读: 为了研究激光熔覆镍基合金涂层显微组织与性能之间的关系,本文选用Ni25、Ni45、Ni60镍基自熔性合金粉末作为熔覆材料,在同一工艺参数下在45#钢基体上制得Ni25、Ni45、Ni60合金激光熔覆涂层。

  

  为了研究激光熔覆镍基合金涂层显微组织与性能之间的关系,本文选用Ni25、Ni45、Ni60镍基自熔性合金粉末作为熔覆材料,在同一工艺参数下在45#钢基体上制得Ni25、Ni45、Ni60合金激光熔覆涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计等方法对涂层的显微组织、物相组成、显微硬度等进行了研究。结果表明从Ni25到Ni60合金涂层,随着合金元素含量的提高,涂层微观组织逐渐由亚共晶转变为过共晶,C-Ni奥氏体枝晶所占体积分数减少,尺寸细化,枝晶间的共晶组织和硬质相所占的体积分数增大,涂层和基体之间结合带的宽度越来越窄,熔覆层的显微硬度越来越高。Ni25、Ni45合金涂层的平均显微硬度分别为250HV和550HV左右,而Ni60合金涂层的平均硬度却高达750HV左右,为Ni25合金涂层的3倍。

  1 引言:激光熔覆是一种先进的新型表面改性技术,它将所需合金粉末与基材很薄的表面同时瞬间熔化并快速凝固,以在基材上形成致密的冶金结合熔覆涂层。具有凝固时初生碳化物、硼化物、硅化物细小,且均匀分布在过饱和固溶体基体中,合金元素偏析小,工件受热变形量小,热影响区小等优点。不但在基体和涂层之间产生牢固的冶金结合,而且还可获得细小均匀的显微组织,即涂层微观组织优良,从而显著改善基体材料表面的性能。激光熔覆技术还可以在低成本基体上制成高性能表面涂层代替大量的高级合金,以节约贵重、稀有的金属材料。该技术适用于局部易磨损、冲击、剥蚀、氧化及腐蚀等零部件的表面处理及修复,具有广阔的发展前景。

  激光熔覆涂层的形成过程是一个复杂的物理化学过程和熔体快速凝固过程。激光熔覆最终所得到的涂层凝固组织受激光功率密度、激光束扫描速度、熔覆材料的合金成分以及基体材料等诸因素的影响。其中,熔覆材料是决定熔覆层组织和性能的一个主要因素,直接决定激光熔覆所得熔覆涂层的显微组织与机械性能。因此,自激光熔覆技术诞生以来,适用激光熔覆技术的涂层材料的选择与研究一直受到科研和工程技术人员的重视。目前激光熔覆所选用的材料大多数都是作为热喷涂材料所使用的镍基、钴基和铁基自熔性合金粉末,其中镍基自熔性合金以其优良的耐磨损、耐腐蚀性能和适中的价格在激光熔覆所使用的涂层材料中被研究得最多、在工业上也得到了广泛应用。并且,激光熔覆镍基自熔性合金涂层的组织与性能和其合金元素的含量有着密不可分的关系,其硬度和耐磨损性能随着铬、硼和碳等合金元素含量的增加而增高,这是因为硼和碳与合金中的Ni、Fe、Cr等元素形成了硬度极高的硼化物和碳化物等硬质相弥散分布在合金基体中的缘故。

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