SiO2、Al2O3混合型涂剂在65Mn激光表面淬火中的应用效果研究

摘要

采用CO2激光器对材料进行激光表面淬火处理时，由于金属材料表面表面粗糙度低，自由电子相对密集，对激光的反射率可高达90％以上，因而在对材料进行激光表面处理前，通常对金属材料表面进行黑化处理。本课题以SiO2、Al2O3为骨料主要成分的多种自制涂剂为研究对象，目标配制一种具有价格低廉，环保无污染，激光吸收性强，涂覆性能好，不反喷等优点的激光增吸收涂剂。
　　选用65Mn做为基体材料，采用横流CO2激光加工机，对刷涂以SiO2与Al2O3质量比分别为1∶0、5∶3、3∶5、0∶1作为骨料的A、B、C、D四种涂剂及刷涂市购J涂剂的试样，进行激光表面淬火处理，并对水温、改性层深度和宽度进行测量，对组织形貌观察和对力学性能及耐蚀性能进行测试。结果表明试样激光淬火后引起的水温变化量可以结合截面硬化区深度、宽度一同表征涂剂对激光的吸收性，其中刷涂纯Al2O3骨料D涂剂的12＃试样引起的水温变化量最大为23.6℃，试样的截面硬化层深度最深为1.2796mm，宽度最宽为7.22mm，可得12＃试样所刷涂的D涂剂的激光吸收性最高，所配制的四种涂剂的激光吸收性均优于市购涂剂J。刷涂B涂剂的6＃试样表面改性区的平均硬度最高为64.5HRC，刷涂J涂剂的18＃试样表面改性区的磨损量最小为0.0209g。10＃试样腐蚀电流最低为79.21μA·cm-2。综合表面改性区平均硬度，磨损量及耐蚀性三个个指标，刷涂C涂剂的10＃试样有良好的激光淬火应用效果。综上所述:所配制的四种涂剂激光吸收性均优于市购涂剂J，SiO2、Al2O3混合型B、C涂剂应用效果最佳可作为有效的激光淬火增吸收涂剂。
　　在以上研究的基础上，本文以节约成本，变废为宝为出发点，以主要成分为SiO2与Al2O3的高铝粉煤灰为骨料原料按照一定比例分别向其中添加SiO2、Al2O3、CeO2和炭黑制备五种粉煤灰基激光增吸收涂剂，对五种涂剂在65Mn激光表面淬火中的应用效果进行研究并将其与SiO2、Al2O3混合型B、C涂剂的应用效果进行对比。结果表明:五种粉煤灰基涂剂中，粉煤灰+炭黑的激光增吸收涂剂激光吸收性最好，所刷涂的试样在激光表面淬火后得到的硬化层深度最深为1.2796mm，引起水的温升最大为21.5℃;表面平均硬度达到62.9HRC，得出:以粉煤灰+石墨为骨料的I涂剂对激光有较高的吸收性优于市购涂剂J，与SiO2、Al2O3混合型B、C涂剂的激光吸收性效果相近。降低了SiO2、Al2O3混合型涂剂的，可成本作为新型激光增吸收涂剂。

目录

声明

致谢

摘要

引言

1 绪论

1．1 激光器与激光加工

1．1．1 激光器的诞生及前期发展

1．1．2 激光加工技术的种类及研究发展热点

1．1．3 激光加工的特点及应用

1．2 激光改性技术

1．2．1 激光改性技术

1．2．2 激光表面淬火概述

1．2．3 激光表面淬火的影响因素

1．3 激光对材料的作用

1．3．1 材料的激光吸收性与反射性

1．3．2 影响材料对激光吸收性的因素

1．4 材料表面的“黑化”处理

1．4．1 材料表面黑化处理的常用方法

1．4．2 CO2激光吸收涂料的设计原则

1．5 本课题研究的目的意义及主要内容

1．5．1 本课题的研究目的意义

1．5．2 本课题研究的主要内容

2 实验材料、设备及方法

2．1 实验材料

2．1．1 基体材料

2．1．2 涂剂配制

2．2 激光淬火处理

2．3 实验测试设备及方法

2．3．1 淬火水温测量

2．3．2 宏观形貌观察和显微组织

2．3．3 硬化层截面深度、宽度测量

2．3．4 硬化层表面硬度测试

2．3．5 硬化层截面显微硬度测试

2．3．6 耐磨性能测试

2．3．7 耐蚀性能测试

3 SiO2、Al2O3混合型涂剂实验结果及分析

3．1 显微组织分析

3．2 涂料的激光吸收效果分析

3．2．1 水温变化量分析

3．2．2 改性层深度及宽度分析

3．3 涂剂激光表面淬火应用效果分析

3．3．1 硬度分析

3．3．2 耐磨性能分析

3．3．3 耐蚀性能分析

3．4 本章小结

4 粉煤灰基涂剂实验结果分析

4．1 宏观形貌观察

4．2 组织表征及显微硬度

4．3 水温变化及硬化层截面面积

4．4 硬化层表面硬度及耐磨性

4．5 耐蚀性测试

4．6 粉煤灰基涂剂应用可行性的比较分析

4．6．1 涂剂激光吸收性效果比较分析

4．6．2 涂剂激光淬火应用效果比较分析

4．7 本章小结

5 结论

参考文献

作者简历

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