激光熔覆铁基厚耐磨涂层性能研究与成形质量控制

摘要

激光熔覆是一种利用激光极高的能量密度制备高性能材料的表面改性技术，而熔覆时所使用的铁基合金粉末因其价格低廉、硬度高且耐磨性能优异在应用研究过程中更具实际意义。随着对机械性能要求的提高，激光熔覆处理材料总体向大面积、大厚度、高硬度及高耐磨性的方向发展，而厚耐磨熔覆层在制备过程中更易产生裂纹、成形质量不稳定等问题。在此背景下，本文对熔覆过程中使用的合金粉末进行了设计，采取非连续多层熔覆工艺，制备了硬度呈梯度变化的铁基厚耐磨熔覆层。
　　本研究主要内容包括：⑴根据激光熔覆凝固时的特点及缺陷的产生过程，分析了导致涂层裂纹的因素；并采用连续及非连续加工工艺验证了其缺陷产生过程。结合熔覆材料的设计原则，设计了三种硬度呈梯度变化的铁基合金粉末，并使用合适的工艺参数制备了表面光滑平整且无裂纹存在的厚耐磨熔覆层。⑵在制备完成的厚耐磨涂层上进行区域微观组织分析和显微硬度测试；通过拉伸及冲击性能的测定，对比分析了厚耐磨涂层与45钢基体、单层耐磨涂层的力学性能优劣；借助摩擦磨损试验机检测了熔覆层的耐磨损性能。⑶激光熔覆层的形貌尺寸决定了熔覆层的成形质量及精度，而工艺参数对涂层的宏观尺寸有直接的影响，结合前期大量的实验基础，探索了激光熔覆不同工艺对熔覆层尺寸及结合性能的影响关系，得到了熔覆层宽度W、熔覆层厚度H及熔深h受激光功率P、扫描速度V与铺粉厚度T的变化规律，为实现熔覆层成形质量控制奠定了基础。⑷通过实验分析及理论研究，以激光功率、扫描速度及铺粉厚度为熔覆层质量的主要影响因素，以遗传算法优化BP神经网络的方式，建立了激光熔覆工艺参数与熔覆层形貌质量的非线性模型，并且预测出的熔覆层宽度、厚度及熔深与实际尺寸的误差绝对值较小，可应用于熔覆时工艺参数的优化及熔覆层成形质量控制。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2激光熔覆技术概述

1.3大厚度涂层的激光熔覆技术

1.4本文的主要内容及研究意义

第2章 涂层制备的理论基础及方法

2.1引言

2.2激光熔覆凝固理论

2.3熔覆过程的缺陷分析

2.4耐磨涂层的制备

2.5耐磨涂层的制备工艺

2.6厚耐磨涂层的制备

2.7 本章小结

第3章 耐磨涂层质量检测及性能研究

3.1引言

3.2显微组织分析

3.3显微硬度检测

3.4拉伸性能测试

3.5抗冲击性能分析

3.6耐磨性能分析

3.7本章小结

第4章 激光熔覆工艺参数对涂层成形质量的影响

4.1引言

4.2工艺参数对涂层质量的影响

4.3评价熔覆层质量的指标

4.4实验方法及内容

4.5实验结果及分析

4.6 本章小结

第5章 激光熔覆成形质量的控制

5.1引言

5.2遗传神经网络原理

5.3建立遗传神经网络模型

5.4熔覆层宏观形貌质量预测

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢