激光熔覆硅化物三元合金涂層的組織與性能研究.pdf

1、激光熔覆技術(shù)近年來發(fā)展迅速，在航空航天、汽車、機械、化工等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟和社會效益。激光熔覆是一種先進的表面改性技術(shù)，能夠在基體表面制備與其呈冶金結(jié)合的具有耐磨、耐蝕、抗氧化等優(yōu)異性能的熔覆層。
　　過渡金屬W的硅化物（如W5Si3和WSi2）具有熔點高、高溫強度高和潛在的低溫塑性變形能力。但作為金屬間化合物，W的硅化物的室溫脆性較高，作為摩擦磨損零部件的工業(yè)應(yīng)用也受到極大的限制。目前有許多提高金屬硅化物涂層

2、強韌的方法，利用Ni基涂層較高的塑性、韌性與硅化物高強度相結(jié)合的方法成效顯著。Nb的硅化物被看作是極具潛力的高溫結(jié)構(gòu)金屬材料，其固有的高硬度和異常的硬度-溫度關(guān)系使得它有突出的抗磨粒磨損和粘著磨損的能力。
　　本文利用激光熔覆技術(shù)，在304不銹鋼與45號鋼表面制備了Ni-W-Si復(fù)合涂層，在T2紫銅表面制備了Ni-Nb-Si涂層。通過多次試驗優(yōu)化參數(shù)，最終獲得成形質(zhì)量較高，缺陷較少的單道熔覆層。再使用最優(yōu)參數(shù)進行多道次的搭接，以制

3、備更大面積的熔覆層。利用金相顯微鏡、掃描電鏡、能量色散譜儀、X射線衍射儀觀察并且分析了熔覆層的顯微組織、成分分布及相組成。測試了不同涂層進行了顯微硬度及摩擦磨損測試，對涂層的耐磨性進行了評估。
　　顯微組織及成分分析結(jié)果表明，在304不銹鋼基體上，不同成分的Ni-W-Si激光熔覆涂層微觀組織比較接近，均析出了大量的花瓣狀或胞狀的W5Si3、CrSi2及（Fe，Ni）復(fù)合相，且其含量隨粉末中W、Si元素含量的升高而升高，對提高涂層的

4、硬度及抗磨損能力有良好的增強作用。在45號鋼基體上，涂層中主要由柱狀晶（Fe-Ni固溶體）與晶間硅化物（W5Si3+WSi2）組成。W含量較高的粉末經(jīng)激光熔覆后會殘余大量未熔W顆粒，涂層凝固過程中產(chǎn)生的新相會以W顆粒為形核中心析出并逐漸將W顆粒完全包裹，最終呈現(xiàn)具有夾心結(jié)構(gòu)的花瓣狀或胞狀組織。在T2紫銅上，不同成分的Ni-Nb-Si激光熔覆層微觀組織比較接近，都由枝晶或柱狀晶的Ni2Si、NbSi2及Nb5Si3復(fù)合相，及枝晶間的（Ni

5、，Cu）固溶體構(gòu)成。但隨著Nb含量的增多，涂層中的枝晶更加細密，柱狀晶逐漸減少。
　　顯微硬度測試及摩擦磨損測試結(jié)果表明，Ni-W-Si激光熔覆涂層有良好的摩擦磨損抗性，其磨損機制主要為磨粒磨損；高強韌的W5Si3及過飽和Ni基固溶體分布于涂層中，大大提
　　高了涂層的顯微硬度，最高達HV1040，約為不銹鋼基體的4倍，并且使涂層的室溫干滑動摩擦磨損抗性得到顯著增強。在硬質(zhì)合金相NbSi2、Nb5Si3，過飽和Ni基固溶體對