纳米SiC对激光重熔Fe/WC涂层组织及性能的影响研究

摘要

激光重熔技术能够有效降低等离子喷涂金属陶瓷涂层的孔隙率，使涂层的微观组织结构得到改善，结合界面由机械结合变成冶金结合，从而提高涂层的显微硬度和耐磨性能。然而，陶瓷材料和金属在物理、化学性能上的差异使得激光重熔金属陶瓷涂层也会存在微裂纹、微孔隙和涂层剥落等问题。纳米材料在性能上的各种优势使得科学家们通过各种方法制备出纳米结构涂层，用来改善激光重熔涂层所具有的问题。本文选择纳米SiC颗粒作为增加体，通过在等离子喷涂Fe/WC金属陶瓷涂层上预置一层纳米SiC粉末，然后再进行激光重熔，获得纳米结构涂层，以此来研究纳米SiC对涂层组织结构以及性能的改善机制。 通过ANSYS有限元分析软件对纳米SiC颗粒在激光作用下的生长进行数值模拟，研究了激光重熔工艺参数对纳米SiC颗粒生长的影响，为后续实验时优化工艺参数并获得纳米结构涂层提供理论基础。 通过分析金相、形貌、主要元素分布、物相和残余应力，研究了纳米SiC对涂层组织结构的改善机制。激光重熔时加入纳米SiC能够细化晶粒，降低涂层表面和截面的微孔隙和微裂纹，提高基体与涂层结合界面处的元素扩散能力，增加结合界面处的冶金结合强度，增加重熔层内部硬质合金相的含量，并降低涂层的残余应力。 利用显微硬度计和摩擦磨损试验机对涂层表面和截面的显微硬度以及涂层的耐磨性能进行检测，研究了纳米SiC的加入对涂层性能的改善。结果表明，纳米SiC能够提高重熔层表面和截面的显微硬度，且纳米 SiC颗粒含量的增加，显微硬度也相应提高。重熔时加入纳米SiC还能够提高涂层的耐磨性能，在相同条件下降低涂层表面的摩擦系数和磨损失重量。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题的来源

1.2 研究的背景及意义

1.3 纳米结构涂层的制备方法

1.4 纳米材料对涂层性能的改善

1.5 纳米结构涂层的应用

1.6 研究的主要内容

第二章 激光作用下纳米粒子生长的模拟仿真

2.1 纳米粒子的基本理论

2.2 激光作用下的纳米颗粒生长数值模拟

2.3 本章小结

第三章 实验材料与方法

3.1 实验材料

3.2 实验设备及检测方法

3.3 本章小结

第四章 纳米SiC对Fe/WC涂层微观组织结构的改善

4.1 引言

4.2 组织结构分析

4.3 本章小结

第五章 纳米SiC对Fe/WC涂层性能的改善

5.1 引言

5.2 纳米SiC对Fe/WC金属陶瓷涂层性能的改善

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果