制动盘用激光熔覆CNTs/SiC/Ni60A高温合金混杂复合涂层制备研究

摘要

载运工具的高速化和重载化已经成为现代交通工具发展的必然趋势，已有的铁基制动盘无法满足现代载运工具制动盘表层的瞬间高温性能，严重阻碍了载运工具的发展。本文运用激光熔覆技术制备制动盘用CNTs/SiC/Ni60A高温合金混杂复合涂层，具有重要的理论意义和应用价值。论文系统地研究了复合粉末成分和激光工艺参数对涂层显微组织、耐磨性、摩擦因数和显微硬度的作用规律，得到了以下结论：
　　（1）混酸纯化后CNTs在其表面形成了大量的羧基（-COOH）和羟基（-OH）等官能团，提高了CNTs在镀液中的分散性；当稳定剂NH4Cl为35g/L时，随着镀液温度的升高，镀层Ni含量先升高后降低；当温度为85℃时，镀Ni效果最佳，镀层Ni的质量分数为69.05％；热处理后镀层由非晶态的Ni-P层转变为Ni3P晶态结构，镀层更加平滑致密。
　　（2）随着SiC含量增加，SiC/Ni60A熔覆表层的微观组织细化，稀释率、耐磨性、摩擦因数和硬度均先增加后降低；当SiC含量为20%时，熔覆层的耐磨性能最佳，熔覆层的耐磨性最佳，磨损量仅为基体的1/36.3；摩擦因数最小为0.464，且磨损过程平稳；熔覆层平均硬度值最高，达到了1039.9HV0.2，为基体的3.5倍。
　　（3）随着激光功率、扫描速度、送粉量和搭接率的增加，复合涂层硬度和耐磨性均先升高后下降；当激光功率为1800W、扫描速度为180mm/min、送粉量为30g/min及搭接率为40%时，熔覆层表面平整，气孔裂纹较少，晶粒组织细小，硬度最高，耐磨性较好；复合涂层表面的磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损。
　　（4）激光熔覆CNTs/SiC/Ni60A复合涂层时，当CNTs含量为3wt.%时，复合涂层表面平整，晶粒细小，分布均匀，耐磨性能最佳。但当CNTs含量超过3wt.%时，熔覆层出现气旋和凸起，其熔覆表面出现裂纹和气孔且存在CNTs团聚的现象，复合涂层耐磨性能显著降低。