H13鋼表面激光熔覆CoCrFeNiSiB非晶覆層的組織與性能研究.pdf

1、非晶合金涂/覆層具備高硬度、高耐腐蝕性和優(yōu)異的中高溫力學(xué)性能，可顯著提高發(fā)動機關(guān)鍵零部件、艦船關(guān)鍵零部件、熱作模具、核廢料儲存罐和采石采油結(jié)構(gòu)件的耐磨、耐蝕及高溫性能。課題針對高精密熱作模具鋼的激光表面改性和堆焊再制造，首次采用普通自熔性合金粉末，在H13熱作模具鋼表面成功制備了CoCrFeNiSiB合金非晶覆層。主要的研究內(nèi)容包括激光熔覆CoCrFeNi-SiB非晶覆層工藝優(yōu)化、非晶覆層的顯微織構(gòu)和相組成分析、非晶覆層的熱穩(wěn)定性分析、

2、非晶覆層的高溫力學(xué)性能特征及形成機理研究，最后，課題揭示了熔覆粉末中主要合金元素含量的變化對非晶覆層組織和性能的影響規(guī)律。
　　采用正交試驗的方法，以顯微硬度、稀釋率和高溫耐磨性作為評價標(biāo)準(zhǔn)，對激光熔覆工藝參數(shù)進行優(yōu)化并制備了Co34Cr29Fe8Ni8Si7B14非晶覆層。采用場發(fā)射掃描電鏡、X-射線衍射儀和透射電鏡研究了非晶覆層的相組成及非晶相含量。根據(jù)非晶覆層的組織形貌特征，將覆層橫截面劃分為兩部分，即非晶區(qū)和根部枝晶區(qū)。覆

3、層根部枝晶區(qū)高度約為10μm，非晶區(qū)非晶相含量高于85％，晶化相為(Co,Fe)固溶體相。
　　采用差示掃描量熱法研究了Co34Cr29Fe8Ni8Si7B14非晶覆層的熱穩(wěn)定性。結(jié)果證明，覆層的玻璃化溫度Tg約為298℃，晶化溫度Tx為342℃，過冷液相區(qū)寬度ΔTx約為44℃。根據(jù)Kissinger方程，討論了晶化溫度Tx與結(jié)晶過程激活能E的關(guān)系，提出非晶覆層的熱穩(wěn)定性取決于覆層的成分。覆層的力學(xué)性能檢測結(jié)果表明，非晶區(qū)的顯微硬

4、度約為基體顯微硬度的6倍；500℃摩擦磨損條件下，覆層的摩擦系數(shù)約為0.15，非晶區(qū)的磨損機制為磨粒磨損+少量氧化磨損+少量脆性剝落。
　　研究了(CoxFe100-x)42Cr29Ni8Si7B14（x=48,43,38,33,28）非晶覆層中Co元素原子含量變化對覆層組織和性能的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)覆層由枝晶區(qū)和非晶-等軸晶區(qū)組成。枝晶區(qū)中(Fe,Ni)固溶體相和(Co,Fe)固溶體相為基體相，析出相包括：Cr化合物+Ni-Ni3B

5、共晶組織+硼化物+碳化物等，Co原子含量減少，根部柱狀晶高度由15μm增大至50μm。Co原子含量減少，等軸晶尺寸由1μm增大至2-3μm，覆層非晶-等軸晶區(qū)中CoFe15.7和γ(Fe,Ni)相含量增大，非晶相含量減小，顯微硬度值由約850HV0.2減小至約650HV0.2，高溫摩擦系數(shù)和磨損率均顯著升高，高溫磨損表面氧化物尺寸由20μm增大至400μm，分布位置由磨痕內(nèi)部擴展至磨痕邊緣，磨損表面的磨損機制均為磨粒磨損+氧化磨損。根據(jù)