H13钢表面激光熔覆Co基合金覆层组织与性能分析

摘要

激光熔覆技术是集激光加热熔化、熔池中物质交互作用及快速凝固成形等多学科交叉的一门新技术，主要应用于表面改性与堆焊再制造。该课题在原有实验的基础上，利用脉冲式激光在不同激光功率下制备新型的Co基合金覆层。主要研究内容包括激光功率对 Co基合金覆层的组织形貌、物相和稀释率的影响，对 Co基材料的非晶形成能力进行分析，借助模拟软件对覆层的温度场进行计算，结合热力学与动力学对其微观组织形成机制进行总结分析，最后研究了激光功率对Co基合金覆层的物理性能的影响。
　　对覆层的上中下三部分的微观组织特征进行分析，发现覆层的中上部以非晶相为主，非晶相中存在有带状分布的等轴晶，覆层熔合线区域以枝晶为主，生长方向垂直于熔合线指向覆层，激光功率为467W时，枝晶的高度最小为10μm。覆层内的Fe元素在结晶相区域发生聚集现象，通过XRD计算得出非晶相的含量，激光功率为467W时覆层的非晶相含量最大。随着激光功率的增大，覆层的稀释率增大。
　　通过 Inoue三原则和 Yan参数法分别对新型合金覆层微观组织形成机制进行理论分析，验证该材料在激光熔覆的制备工艺下具有非晶形成能力。通过甩带技术将覆层制备为纯非晶，计算其临界冷却速率、约化温度和ΔTx，说明该覆层具有强的非晶形成能力和高的热稳定性。借助Marc模拟软件对不同功率下的合金覆层的温度场进行模拟计算，得出覆层的冷却速率均大于临界冷却速率。结合热力学与动力学理论对覆层进行分析，研究发现结晶相与非晶相混合的覆层的形成主要是极高的冷速、熔体的流动、溶质的扩散、Fe元素的聚集导致的异质形核共同作用的结果。
　　研究了不同激光功率对Co基合金覆层硬度的影响，当激光功率为467W时，覆层的硬度达到了1192.5HV0.2，覆层中上部区域的硬度发生上下波动的现象，是因为非晶相与结晶相硬度相差较大，随着距覆层表面的距离变大，覆层的硬度整体呈现下降趋势。对不同功率下的覆层和基体的耐蚀性和耐磨性进行分析。在3.5wt.%NaCl溶液和1mol/lHCl溶液中，激光功率为467W的覆层腐蚀电位最高，激光功率为583W的覆层腐蚀电流最小，在HCl溶液中467W的覆层优先出现钝化现象，在阻抗实验中，激光功率为467W的覆层的阻抗半径最大，说明其在这两种腐蚀环境下的耐蚀性最强。温度为20oC时，覆层的磨擦系数基本在0.15附近，激光功率为467W覆层的磨损量最小，磨痕深度最小，说明其耐磨性最大。覆层的磨损形式以磨粒磨损为主，同时伴有少量的黏着磨损，基体的磨损为大量的黏着磨损和磨粒磨损。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 激光熔覆材料

1.3 激光熔覆制备含非晶相覆层研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 试验材料和方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备、过程和分析方法

第3章 激光功率对Co基合金覆层的影响

3.1 激光功率对覆层的形貌与组织的影响

3.2 激光功率对覆层物相的影响

3.3 激光功率对稀释率的影响

3.4 本章小结

第4章 Co基合金覆层微观组织的形成机制

4.1 Co基材料的形成能力分析

4.2 Co基合金覆层的非晶形成能力与热稳定性分析

4.3 激光熔覆过程的温度场演变分析

4.4 激光熔覆制备合金覆层的热力学与动力学特征

4.5 激光熔覆制备合金覆层显微组织形成机制分析

4.6 本章小结

第5章 激光功率对Co基合金覆层性能的影响

5.1 激光功率对Co基合金覆层的显微硬度对的影响

5.2 Co基合金覆层的耐蚀性分析

5.3 Co基合金覆层的耐磨性分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢