45鋼表面激光熔覆鎳基碳化鉻涂層性能改性研究.pdf

1、復(fù)合陶瓷粉末是指在常規(guī)自熔性熔覆粉末中加入一定的硬質(zhì)陶瓷復(fù)合而形成的材料體系，它是當(dāng)今研究最多的激光熔覆材料之一。通常情況下，Cr3C2具有高硬度、高耐腐蝕等特點(diǎn)，在鎳基合金粉末中加入Cr3C2能使涂層的硬度、耐磨性、耐蝕性等性能得到明顯的提高。但研究發(fā)現(xiàn)，激光熔覆是一個(gè)快速的反應(yīng)過程，材料、工藝及環(huán)境因素會(huì)造成涂層的結(jié)構(gòu)缺陷，特別在多道搭接激光熔覆中，Cr3C2陶瓷顆粒會(huì)完全溶解，Cr3 C2的溶解對(duì)工件力學(xué)性能造成很大的影響。本文以

2、45鋼為研究對(duì)象，在鎳基碳化鉻粉末中加入了一定的添加劑（如Y2O3、WC等），從而改善激光熔覆涂層的性能。通過觀察涂層宏觀及微觀組織結(jié)構(gòu)，并且比較其硬度、耐磨性、耐腐蝕性等性能，從而得到了最佳的材料配比及熔覆工藝參數(shù)。
　　主要的研究內(nèi)容有：
　　1、通過與激光熔覆鎳基碳化鎢涂層的對(duì)比，研究了不同工藝條件下的鎳基碳化鉻涂層性能，其中包括：鎳基碳化鉻涂層的平均顯微硬度均為920 HV，比鎳基碳化鎢顯微硬度1100 HV約低18

3、0 HV。多道搭接激光熔覆時(shí)，Cr3 C2硬質(zhì)顆粒完全熔解，涂層平均硬度下降為800 HV。涂層耐磨性方面，由于多道搭接激光熔覆中Cr3 C2硬質(zhì)相完全熔解，涂層耐磨性比單道激光熔覆時(shí)要差。涂層耐蝕性主要遵循如下規(guī)律：同含量下鎳基碳化鉻的耐腐蝕性能比鎳基碳化鎢好；單道激光熔覆涂層耐腐蝕性比多道搭接激光熔覆涂層腐蝕性能要好。
　　2、鎳基碳化鉻合金粉末中加入微量的Y2O3對(duì)涂層組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能都有較大的提高。結(jié)果表明，稀土的加入可

4、以細(xì)化晶粒，消除裂紋，涂層質(zhì)量得到提高。硬度分布測(cè)量結(jié)果表明，加入0.2％Y2 O3后熔覆層的平均硬度約為1076 HV，比未加稀土的提高約100 HV。熔覆層的耐腐蝕性也得到提高，當(dāng)Y2 O3的添加量為0.2%時(shí)，腐蝕電流i corr最小，表明其耐腐蝕性最強(qiáng)。
　　3、在鎳基碳化鉻合金粉末中加入少量的稀土或其氧化物確實(shí)可以改善涂層性能，但在當(dāng)今社會(huì)里稀土資源比較稀缺，選擇稀土替代物改善涂層性能勢(shì)在必行。針對(duì)多道激光熔覆鎳基碳化鉻

5、中Cr3 C2溶解的特點(diǎn)，在熔覆材料中加入少量的WC粉末，對(duì)提高涂層綜合性能有一定的幫助。結(jié)果表明，WC的加入使涂層組織中出現(xiàn)了彌散分布的白色相，白色相由白亮色的芯部及淺白色的環(huán)形相組成，白色相從熔覆層底部至表面呈先增后減的分布規(guī)律。彌散分布的白色相使熔覆層硬度提高，當(dāng)WC加入量為2%時(shí)，涂層平均顯微硬度約1096 HV，比未加WC平均硬度(788 HV)高308 HV。WC的加入會(huì)增加材料的脆性，影響涂層使用壽命。當(dāng)WC加入量為2%時(shí)

6、，熔覆層硬度與脆性增加達(dá)到最佳匹配值，對(duì)提高材料耐磨性有利。
　　4、進(jìn)行多道搭接激光熔覆鎳基碳化鉻時(shí)，少量WC的加入的確改善了涂層的組織及性能,但WC的添加量達(dá)到一定程度時(shí)，WC的繼續(xù)加入不但不利用涂層性能的優(yōu)化，反而影響了它的性能。然而，在上述情況下如果繼續(xù)增加碳化鎢含量，當(dāng)WC占了相當(dāng)大的比例時(shí)，涂層性能又將發(fā)生新的突變。涂層硬度及耐磨性不僅比未加WC時(shí)高，而且涂層并沒有出現(xiàn)像激光熔覆鎳基碳化鎢一樣的大面積組織缺陷。結(jié)果表明

7、，鎳基粉末中WC與Cr3 C2的比達(dá)到一定時(shí)與單獨(dú)激光熔覆鎳基碳化鎢涂層結(jié)構(gòu)性能都有很大差別，涂層中花狀、魚骨狀枝晶組織基本消失，組織主要由淺白色塊狀、黑色不規(guī)則塊狀、淺黑色菱角狀以及未熔的WC顆粒組成。當(dāng)WC與Cr3 C2的比例達(dá)到3：2，組織中裂紋、氣孔等缺陷基本清除,未發(fā)現(xiàn)WC的聚集和橋接,涂層顯微硬度及耐蝕性均有所提高，硬度比鎳基碳化鉻涂層高了很多，而分布又比鎳基碳化鎢涂層更均勻。當(dāng)進(jìn)行干滑動(dòng)摩擦摩損實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)涂層表面磨粒磨損