激光亚微米陶瓷合金化涂层的组织及性能研究

摘要

本课题采用CO2 激光器，以球墨铸铁作为基材，制备新型涂层材料进行合金化实验。研究激光合金化合适的工艺参数和影响因素，并自主研制开发激光合金化涂料，以达到理想的强化效果。利用扫描电子显微镜(SEM)，EDAX能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)以及高分辨透射电镜(TEM)等分析测试手段对合金化层的显微组织和物相构成进行了分析，并对合金化层进行了硬度和摩擦性能测试。
　　 采用牌号HG03的新型涂料，改变激光扫描速度(400mm/min-1000 mm/min)对球墨铸铁进行激光合金化实验，研究在涂层材料一定的条件下，激光扫描速度对合金化层组织及性能的影响。发现随着激光扫描速度的增加，合金化层组织逐渐致密细化，枝晶间距减小，合金化层的硬度和耐磨性也随着提高。在本实验条件下，当激光功率P=3kw，光斑直径D=5mm时，激光扫描速度以1000 mm/min为宜，所得到的激光合金化层性能较好。
　　 在激光加工工艺参数一定的条件下，采用牌号HG03、HG01、TH2A、AY涂料进行激光合金化实验，发现HG系列和TH2A 涂料制备的激光合金化层表面较为平整，而AY涂料制备的合金化层表面形貌则较差。且HG系列涂料制备的合金化层硬度和耐磨性都较好。在HG01涂料基础上研发的HG03 涂料合金化层拥有最小的摩擦系数和最低的磨损量，表现出优异的摩擦磨损性能，磨损率最小仅为基材球墨铸铁磨损率的1/9。
　　 新型碳化物的加入使合金化层的显微硬度和耐磨性都得到显著提高。其中陶瓷硬质相含量为0[％]的合金化层磨损量明显大于含量为20[％]、30[％]、40[％]的合金化层，但随着陶瓷硬质相含量的增加，磨损量变化不明显，陶瓷硬质相含量为20[％]、30[％]、40[％]的激光合金化试样磨损率都近似基材球铁磨损率的1/10。
　　 HG系列新型涂料在水钢和唐山加工站进行实际应用检测。水钢螺纹钢轧辊使用HG03型合金化涂料进行加工后，初轧和中轧的寿命提高了120[％]。采用HG03 涂料在唐山加工站对H型钢进行激光表面合金化加工，精轧寿命提高了110[％]。