激光熔注WC/Ni基复合材料层制备工艺及组织性能研究

摘要

在钢铁、石油化工、采矿、汽车、模具等工业领域，磨损是造成材料和能源浪费的重要原因。在金属表面制备耐磨复合材料层是一种有效的解决办法。其中，WC颗粒增强Ni基复合材料层综合了WC颗粒耐磨特性和Ni基粉末良好的塑韧性，得到越来越广泛的应用。
　　本文通过激光熔注同轴送粉的方式在低碳钢板上制备WC颗粒增强Ni基复合材料层，研究了工艺参数对复合材料层宏观成形和WC颗粒体积分数的影响。对比了WC/In718与WC/纯Ni复合材料开裂倾向大小，并通过SEM和XRD对复合材料层进行了微观组织分析。其中WC/In718复合材料层由γ(Ni,Fe)、WC、W2C、WC1-X、M6C、Cr4Ni15W等相组成。纯 Ni基本不含合金元素，复合材料层的物相组成较为简单，主要由 Ni、WC、W2C、WC1-X、NiW、Ni2W4C组成。同样的，复合材料层中出现了间隙结构相M6C型（Ni2W4C）碳化物。
　　对WC/In718复合材料层进行硬度和耐磨性测试等力学测试。结果表明，复合材料层基体的硬度大幅提高。与纯Ni相比，WC/Ni基体硬度提高了3.2~4.3倍；与In718相比，WC/In718基体硬度提高了1.6~2.2倍。WC/In718复合材料层耐磨测试结果显示，复合材料层耐磨性能显著增强，达到淬火态H13钢5倍以上，最高达18倍。在复合层材料层磨损过程中，WC/Ni的―镶嵌‖式结构，颗粒起到―支撑‖作用，避免了磨粒在压应力作用下深入基体，削弱了对基体的切削作用，起到耐磨作用。在循环应力作用下，裂纹在WC内部萌生，并不断扩展，最终导致涂层剥落。剥落的WC形成新的磨粒，加速了复合材料层的磨损。

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第1章 绪论

1.1前言

1.2表面改性

1.3激光熔注

1.4磨损理论

1.5课题研究内容和意义

第2章 实验材料和设备

2.1实验材料

2.2实验设备及工艺

2.3试样制备及观察

2.4性能测试

第3章 激光熔注成形及组织分析

3.1激光熔注WC/纯Ni成形

3.2激光熔注WC/Inconel 718

3.3激光熔注WC/Ni20Cr成形

3.4激光熔注WC/Ni-B-Si成形

3.5本章小结

第4章 激光熔注复合材料层微观组织分析

4.1 WC/Inconel718熔注层微观组织分析

4.2 WC/纯Ni 熔注层微观组织分析

4.3本章小结

第5章 激光熔注层的力学性能测试分析

5.1复合材料层显微硬度测试

5.2复合材料层耐磨性分析

5.3本章小结

第6章 结论及展望

致谢

参考文献