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原位自生颗粒增强镍基激光熔覆层研究

作　者: 钱华丽
导　师: 晁明举
学　校: 郑州大学
专　业: 光学
关键词: 激光熔覆原位自生TaC-NbC 原位自生NbC-VC 显微组织耐磨性
分类号: TG174.45
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

激光熔覆原位自生陶瓷颗粒增强金属基复合涂层是一项先进的表面改性技术,它将金属的高强度、高韧性与陶瓷的耐腐蚀、耐磨损、抗氧化等优良性能有机结合起来,在金属材料表面获得性能良好的熔覆层。按照增强颗粒加入方式可分为外加陶瓷增强体和原位生成陶瓷增强体。与外加增强体相比,原位生成的增强体是从金属基体中原位形核、长大的热力学稳定相,表面无污染、与基体浸润性好,可避免与基体相容性不良的问题,且界面结合强度高,增强颗粒细小、分布均匀。为在A3钢表面获得良好的耐磨涂层,本文分别选用Ni60+(Ta2O5+Nb2O5+C)和Ni60+(Nb2O5+V2O5+C)复合粉末进行激光熔覆。利用扫描电镜、电子能谱、和X射线衍射仪对熔覆层的显微组织和物相构成进行分析,并在显微硬度仪和摩擦磨损实验机上对熔覆层进行硬度、摩擦性能测试。所得结果如下：激光熔覆Ni60+(Ta2O5+Nb2O5+C)研究。激光熔覆Ni60+(Ta2O5+Nb2O5+C)合会粉末,在(Ta2O5+Nb2O5+C)加入量20wt.%、激光功率2.0 kW、扫描速度2 mm/s时,可以获得形貌良好的并与基体呈冶会结合的TaC-NbC颗粒增强镍基复合涂层。熔覆层组织由白色星状颗粒相、黑色枝状相和灰色相组成,白色星状颗粒相为原位生成的TaC-NbC,黑色枝状相为Cr3C2增强相,而灰色相为y(NiFe)固溶体。由于原位TaC-NbC颗粒增强相和Cr3C2增强相的生成及其均匀分布,Ni60+20%(Ta2O5+Nb2O5+C)熔覆层具有高的硬度(HV0.31200)和良好的耐磨性,其摩擦质量损失仅为纯Ni60熔覆层的31%。激光熔覆Ni60+(Nb2O5+V2O5+C)研究。当(Nb2O5+V2O5+C)加入量20wt.%、激光功率1.8 kW、扫描速度2 mm/s时,可获得形貌良好、原位自生NbC-VC颗粒增强镍基熔覆层。熔覆层的中上部组织为NbC-VC颗粒和Cr3C2条状相分布在y(NiFe)枝晶基体中,底部组织为逆热流方向生长的y(NiFe)枝晶结构。由于NbC-VC颗粒增强相的原位形成及弥散分布,NbC-VC颗粒增强镍基熔覆层具有高的硬度(平均硬度HV031150)和良好的耐磨性,其摩擦质量损失仅为纯Ni60熔覆层的1/3。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-11
1 引言  11-14
2 激光熔覆复合涂层技术  14-30
  2.1 激光熔覆技术概述  14
  2.2 激光熔覆技术的理论基础  14-19
    2.2.1 激光熔池温度场的分布及其影响因素  15-17
    2.2.2 激光熔池的对流及其影响因素  17-19
  2.3 激光熔覆材料体系  19-21
    2.3.1 激光熔覆材料设计的一般原则  19-20
    2.3.2 光熔覆材料的分类及特点  20-21
  2.4 激光熔覆工艺方法  21-23
    2.4.1 激光熔覆的工艺流程  21-22
    2.4.2 基材熔覆表面的预处理  22
    2.4.3 基材的预热和后热处理  22-23
  2.5 激光熔覆工艺参数  23-24
    2.5.1 激光工艺参数对熔覆层形状特征的影响  23
    2.5.2 激光工艺参数对稀释率的影响  23-24
  2.6 激光熔覆层的裂纹问题  24-26
    2.6.1 裂纹产生的原因  24-25
    2.6.2 防止裂纹产生的方法  25-26
  2.7 激光熔覆的应用及前景  26-28
    2.7.1 激光熔覆的应用  26-27
    2.7.2 激光熔覆的前景  27-28
  2.8 激光熔覆原位合成陶瓷颗粒增强复合涂层  28-29
    2.8.1 原位合成技术  28
    2.8.2 原位合成技术的特点  28-29
  2.9 本文研究的目的、内容和意义  29-30
3 实验材料和方法  30-34
  3.1 试验材料  30-31
    3.1.1 基体材料  30
    3.1.2 复合涂覆材料的选取和制备  30-31
  3.2 激光熔覆层的检测分析  31-33
    3.2.1 显微结构分析  31
    3.2.2 力学性能测试  31-33
  3.3 实验技术路线  33-34
4 原位生成TaC-NbC增强镍基激光熔覆层研究  34-46
  4.1 实验材料及方法  34-35
    4.1.1 实验材料  34-35
    4.1.2 实验方法  35
  4.2 实验结果及分析  35-44
    4.2.1 熔覆层形貌  35-36
    4.2.2 显微组织  36-42
    4.2.3 显微硬度  42-43
    4.2.4 摩擦实验  43-44
  4.3 结论  44-46
5 激光制备原位自生NbC-VC颗粒增强镍基熔覆层  46-57
  5.1 实验材料及方法  46-47
    5.1.1 实验材料  46-47
    5.1.2 实验方法  47
  5.2 实验结果及分析  47-55
    5.2.1 熔覆层形貌  47-48
    5.2.2 显微组织  48-53
    5.2.3 显微硬度  53-54
    5.2.4 摩擦实验  54-55
  5.3 结论  55-57
6 全文总结  57-58
参考文献  58-63
攻读硕士学位期间发表的论文  63-64
致谢  64

原位自生颗粒增强镍基激光熔覆层研究

内容摘要

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