激光熔覆Ni-Al金屬間化合物涂層組織及性能研究.pdf

1、激光熔覆相比于其他表面涂覆技術(shù)，具有涂層結(jié)合性好，涂層組織致密等優(yōu)點(diǎn)，Ni-Al金屬間化合物具有高熔點(diǎn)、低密度以及良好的高溫性能，有望成為新一代的高溫結(jié)構(gòu)材料，將Ni-Al金屬間化合物通過激光熔覆技術(shù)制備成材料表面涂層，能夠得到結(jié)合性能良好的涂層，提高基體材料的強(qiáng)度、摩擦磨損性能及高溫性能。
　　本文根據(jù)最具高溫應(yīng)用前景的Ni3Al合金和NiAl合金的成分特點(diǎn)，采用激光熔覆技術(shù)在Q235基體上制備了Ni-Al金屬間化合物涂層，系統(tǒng)

2、的研究了激光熔覆各項(xiàng)工藝參數(shù)對(duì)涂層質(zhì)量的影響，得到制備Ni-Al涂層的最佳工藝參數(shù)。通過掃描電子顯微鏡，X射線衍射儀、EDS能譜測試儀等對(duì)涂層的組織和物相進(jìn)行檢測，并通過一系列實(shí)驗(yàn)測試了涂層的硬度、附著力、摩擦磨損性能、抗高溫氧化性能及抗熱震性能。研究結(jié)果表明:
　　(1)激光熔覆各項(xiàng)工藝參數(shù)是相互影響和制約的，對(duì)熔覆質(zhì)量都有較大影響，通過研究各參數(shù)對(duì)涂層成型質(zhì)量的影響，得到試樣最佳的工藝參數(shù)為:鋪粉厚度1mm，激光掃描速度2mm

3、/s，激光電流為300A，激光脈寬為2.5ms，頻率是20Hz。
　　(2)激光熔覆得到的Ni-Al涂層組織均勻細(xì)密，無明顯裂紋但存在少量氣孔，與基體之間形成良好的冶金結(jié)合，厚度約為60～70μm。從涂層底部到表面，組織由長條狀的樹枝晶轉(zhuǎn)化為等軸晶。當(dāng)熔覆粉末Ni、Al原子比為1∶1時(shí)，涂層主要由β-NiAl和少量的γ'-Ni3Al相構(gòu)成，γ'-Ni3Al呈網(wǎng)狀圍繞在β-NiAl周圍;當(dāng)熔覆粉末Ni、Al原子比為3∶1時(shí)，涂層主要

4、由γ'-Ni3Al及γ-Ni構(gòu)成，γ'-Ni3Al的體積約為γ-Ni的2倍。
　　(3) Ni-Al涂層顯著提高了基體表面硬度，硬度最高的為NiAl涂層，涂層平均硬度可達(dá)659HV0.2,其次為Ni3Al涂層，平均可達(dá)556HV0.2,基體硬度僅為200HV0.2,Ni-Al涂層與基體結(jié)合良好。
　　(4) Ni-Al涂層摩擦系數(shù)相對(duì)于基體有所降低，有較好的減摩性，基體磨損機(jī)理主要為嚴(yán)重的塑性變形和疲勞剝落，NiAl涂層主要

5、為粘著磨損和少量的磨粒磨損，Ni3Al涂層主要為磨粒磨損，基體磨損率最大，Ni-Al涂層磨損率接近Cr15Mo3耐磨鋼，NiAl涂層耐磨性強(qiáng)于Ni3Al涂層。
　　(5) Ni-Al涂層表面高溫下形成致密的Al2O3保護(hù)膜，具有良好的抗高溫氧化性能，在900℃恒溫氧化實(shí)驗(yàn)中，用氧化增重的倒數(shù)表征抗高溫氧化性能，NiAl涂層抗高溫氧化性能約為基體的7倍，Ni3Al涂層則約為基體的4倍左右，NiAl涂層抗高溫氧化性能強(qiáng)于Ni3Al涂層