H13热作模具钢表面激光熔覆制备Cu/TiB2复合涂层的组织及性能研究

摘要

本文研究利用激光熔覆方法在H13热作模具钢表面制备Cu/TiB2复合涂层，实现对其表面性能的提高，特别是对高温摩擦磨损性能的改善。通过系统实验，研究了激光工艺参数、TiB2含量对涂层组织和性能的影响，并对直接添加TiB2强化颗粒和原位自生TiB2颗粒两种涂层的组织和性能进行了对比。得到主要研究结果如下: 采用正交实验法研究工艺参数和TiB2添加量对涂层组织和性能的影响，TiB2的最佳添加量为30wt％，此时，优化的涂层制备工艺参数为激光功率995W、激光扫描速度10mm/s、激光离焦量35mm。 涂层厚度约为600～700μm，涂层硬度明显提高，约为550～650HV0.5，并沿深度方向逐渐降低，热影响区的硬度先增加后迅速降低到基体硬度，最高能达到672HV0.5。 采用高温摩擦磨损实验和热震实验对激光熔覆涂层的摩擦磨损性能进行评价。实验结果表明，熔覆层能显著提高H13钢表面耐高温摩擦磨损能力，性能提高了一倍。涂层经过100次热冲击而不产生开裂和剥落现象。 利用激光熔覆可原位合成TiB2颗粒强化Cu基复合涂层，原位合成的TiB2颗粒弥散分布于涂层中，涂层的硬度随(Ti+B)含量的增多而增加，最高硬度可达到600HV0.5。 高温摩擦磨损性能随(Ti+B)含量的增多而明显改善。涂层经100次热震后仍然保持良好，未发现涂层剥落现象。 两种制备方法所获得的涂层组织和性能对比结果表明，直接添加TiB2强化颗粒涂层具有更高的硬度，更好的高温耐摩擦磨损能力，而原位自生TiB2颗粒涂层具有更均匀的组织结构，更佳的耐热震性能。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1热作模具钢概况

1．1．1热作模具钢性能要求

1．1．2热作模具失效形式

1．1．3热作模具钢发展前景

1．1．4 H13热作模具钢

1．2模具表面强化及修复技术

1．2．1热作模具传统的表面强化及修复技术

1．2．1热作模具激光表面强化及修复技术

1．3激光熔覆技术

1．3．1激光熔覆工艺分类及原理

1．3．2激光熔覆工艺影响因素

1．3．3激光熔覆的特点

1．3．4激光熔覆的应用

1．4 TiB2强化的铜基复合材料

1．4．1铜基复合材料研究现状

1．4．2 TiB2强化的铜基复合材料

1．5激光熔覆制备Cu／TiB2复合涂层的研究现状

1．5．1原位合成Cu／TiB2复合材料研究现状

1．5．2原位合成Cu／TiB2机制

1．6课题研究目的及主要内容

1．6．1课题研究目的

1．6．2课题研究内容

2试验材料、方法及设备

2．1实验材料

2．1．1 H13钢基体材料

2．1．2激光熔覆涂层粉末材料

2．2实验方法及设备

2．2．1实验流程

2．2．2实验过程使用的设备及其实验方法

3激光熔覆制备Cu／TiB2复合涂层

3．1 Cu／TiB2复合涂层成分设计

3．2激光熔覆工艺参数优化

3．2．1激光熔覆工艺参数初步探究

3．2．2激光熔覆工艺参数优化

3．3涂层组织结构与性能分析

3．3．1 Cu／TiB2涂层组织与结构分析

3．3．2 Cu／TiB2激光熔覆涂层摩擦磨损性能分析

3．3．3 Cu／TiB2激光熔覆涂层抗热震分析

3．4本章小结

4激光熔覆制备原位合成Cu／TiB2复合涂层

4．1原位合成Cu／TiB2复合涂层的成分设计

4．2原位合成涂层组织结构与性能分析

4．2．1原位合成Cu／TiB2涂层的组织与结构分析

4．2．2原位合成Cu／TiB2激光熔覆涂层摩擦磨损性能分析

4．2．3原位合成Cu／TiB2激光熔覆涂层抗热震分析

4．3外加TiB2与原位合成TiB2强化Cu基复合涂层的对比

4．4本章小结

5结论与展望

5．1结论

5．2展望

致谢

参考文献

附录