激光熔覆亚微/纳米固体自润滑涂层工艺及组织结构研究

摘要

为了获得较宽温度下使用的固体亚微米/纳米自润滑涂层，本研究采用脉冲YAG激光熔覆技术，在45钢表面制备亚微米/纳米固体自润滑涂层，为下一步HVOF喷涂自润滑涂层的工艺奠定材料基础。
　　 针对不同工况的需要，设计了两种具有宽温自润滑性能的复合材料体系，即亚微米WS2和纳米h-BN镍基自润滑涂层体系，研制了一套激光熔池的保护气体和水冷装置分别保护激光熔池和聚焦镜片，研究了微米和纳米级粉末的混料工艺和激光熔覆工艺，进而分析了不同组分粉末的激光熔覆层的组织结构和摩擦磨损性能。
　　 激光熔覆镍基粉末＋裸露的WS2和hBN时,WS2容易分解，hBN容易上浮到熔池表面，固体润滑相无法有效添加到激光熔池；而采用高能球磨对纳米相进行包覆修饰的粉末后，能获得表面连续、平整、有金属光泽，并且与基体成良好冶金结合的复合涂层。
　　 采用SEM(＋EDX)和XRD等现代分析手段，研究了熔覆层的组织结构，分析了激光熔覆过程中的熔池行为。结果表明：1）包覆前，WS2涂层中大部分WS2受热分解为W＋SO2。W因比重大，在熔池底部沉积为白色块状，且随组分中WS2的含量增加而增多增大。熔覆层内的结构为：γ-Ni＋固体自润滑相(CaF2、WS2和CrS)；含hBN熔覆层组织均匀，其中当BN含量在10％时成形最好，但是涂层中BN含量较少；2）包覆后，WS2分解明显减少，熔覆层组织中的凝固缩孔数量少且孔隙小，组织均匀；hBN涂层熔覆层致密度高，BN部分熔化与Ni合金生成新的硬质相CrxBy。
　　 显微硬度分析表明，Ni45体系一般在500HV，Ni60为900HV。通过摩擦磨损测试，润滑相的减摩作用明显，最优摩擦系数集中在0.3～0.4之间。