激光重熔超音速火焰喷涂铁基合金涂层的组织和性能研究

摘要

本文采用超音速火焰喷涂技术在Q235基体上制备了含Fe、Cr、Mo、Ni、P、Si、B的Fe基合金涂层,并分别对喷涂涂层和保温处理涂层进行了激光重熔处理。利用显微硬度计、金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电化学工作站等设备分别对涂层在激光重熔前后的组织结构和性能进行了研究。
　　 经单道激光重熔处理后的涂层分为合金区、热影响区和基体区。以合金区的高度、显微硬度和直径大于50μm的大孔洞为指标,通过正交试验设计方法研究了重熔工艺参数对合金区致密度及合金区性能的影响规律。研究表明,孔隙率为1.82％,厚度为340μm的热喷涂涂层单道激光重熔的最优工艺参数为:激光器设定功率为700W、扫描速度为2mm／s、光斑直径为3mm。重熔合金区为致密的细晶组织,显微硬度由600HV0.1左右升高到900HV0.1左右。搭接步距为1.5mm时的多道激光重熔实验结果表明,合金区基本为致密的白色方块状晶粒,搭接处的晶粒形态和尺寸与其他区域不同,显微硬度略低。预先对热喷涂涂层在300℃保温1小时冷却后再进行激光重熔处理,裂纹数目基本不变,合金区为白色方块状晶粒和硬度较低的灰色晶粒组成。
　　 在激光重熔形成的熔池内,同时存在对流和传质。熔池的高度与激光器的功率密度存在近似的线性关系。重熔过程中的热应力使合金区产生较多的纵向裂纹和很少的横向裂纹,合金区的大孔洞和熔池边缘是裂纹源。熔池中的熔融液体优先在固-液界面处非均匀形核,晶体的生长方向垂直结晶等温面,温度梯度大的方向,晶粒生长速度快,熔池最终的凝固态组织均匀致密,与喷涂涂层相比其层状结构弱化、孔隙率几乎为零。
　　 热喷涂涂层与喷涂粉末所含有的晶相物质均为:α-Fe、Cr3P、Ni3P、Cr3NisSi2。重熔处理后的涂层完全晶化为:Fe3Si、Ni3P、SiO2。动电位扫描极化曲线测试结果表明,喷涂涂层在10wt.％NaOH溶液中有三个较窄的钝化区间,而重熔涂层和保温处理后重熔涂层都有一个较宽的钝化区间。重熔涂层的腐蚀电流密度icorr低于喷涂涂层和保温处理重熔涂层。电化学阻抗谱测试结果表明,重熔涂层、保温处理重熔涂层和喷涂涂层的最大阻抗分别为1005Ω、888Ω和562Ω。因此合金涂层的耐腐蚀性能的强弱依次是,重熔涂层最强,保温处理重熔涂层其次,喷涂涂层最差。重熔涂层耐腐蚀性能的提高主要是由于其具有完全致密的细晶组织、较少的缺陷和相组成的均匀分布。