铜合金表面激光熔覆工艺及耐磨性的研究

摘要

表面技术的特点在于不改变基体各项性能的基础上，采用各种技术改善或提高材料的表面性能，现己成为材料科学的重要组成部分，激光表面技术的出现更加充实了这一领域，为材料的表面改性提供了另一个新的途径。激光相变技术、激光熔覆技术已广泛应用在铁基材料上，在有色金属上的应用也慢慢开始崭露头角。本文采用激光熔覆技术在QA19-4铝青铜表面熔覆生成一层耐磨Ni基合金层，对熔覆层形貌、微观组织以及摩擦性能的分析，总结出激光熔覆参数对熔覆层的影响。 将两种成分的合金粉末进行配料并混合均匀，以每平方毫米0.02g～0.08g称取混合均匀后的合金粉末，用黏结剂将合金粉末预置在QA19-4铝青铜表面，待真空干燥(60～70℃)后采用压力机压实，最后采用激光光束扫描。熔覆时采用逐渐减小的激光功率对预置层进行扫描，激光功率刚开始3800～4000w，以后每秒降低20～40W直到为1900 W左右，以后以1900W继续熔覆，整个过程采用氩气保护，气流量为6L／s，熔覆采用多道熔覆，搭接量为50％，扫描速度6～8mm／s，光斑直径4mm。该参数下激光熔覆层组织均匀致密，与基体结合良好，为冶金结合，熔覆层厚度为0.5～2mm，硬度为400～500 HV0.2。 对熔覆层的宏观形貌和显微组织进行分析，结果显示熔覆层的宏观形貌受激光熔覆参数的影响很大：当激光功率太小和扫描速度太快时，熔覆合金容易出现粉末和基体表面都未熔化而导致无法形成结合牢固的熔覆层；激光熔覆层组织受凝固速度影响很明显。组织从表面的胞状晶转变成中部的发达的树枝晶，由于基体的激冷作用，在结合区出现了细晶区，但在细晶区以下又以粗大的树枝晶和胞状晶为主。从熔覆层表面到QA19-4铝青铜基体，熔覆层的富铬相从网状物转变成弥散分布的细小物。 通过采用往复式摩擦试验的方法对熔覆层的磨损行为进行研究。在干摩擦条件下，熔覆层主要以硬质点脱落和磨粒磨损为主，虽然摩擦因数比QAl9—4铝青铜高，但磨损体积仅为QA19-4铝青铜的1／3。在润滑摩擦条件下，激光熔覆层的高耐磨性主要取决于其存在强化相，磨损失效形式主要为磨粒磨损，但随着摩擦速度的增加，材料表面逐渐产生粘着磨损，激光熔覆层摩擦因数和磨损体积都比QA19-4铝青铜要低。因此通过激光熔覆技术可进一步改善QA19-4铝青铜的摩擦磨损性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1铜的性质以及铜合金的分类

1.2铜合金表面改性的主要方法

1.2.1铸渗法

1.2.2表面弥散强化—表面内氧化

1.2.3表面熔融强化技术—热喷涂技术

1.2.4双层辉光离子技术—渗钛

1.3激光表面改性技术

1.3.1激光的特点

1.3.2激光相变硬化

1.3.3激光表面熔凝

1.3.4激光熔覆

1.3.5激光熔覆的现状

1.3.6铜基材料激光熔覆的研究

1.4研究意义

1.5研究内容

1.6本章小结

第2章激光熔覆工艺的设计和试验方法

2.1激光熔覆工艺的设计

2.1.1吸收率和扫描速度对激光熔覆的影响

2.1.2激光熔覆参数的确定

2.1.3合金元素的确定

2.2试验设备和方法

2.2.1试验设备

2.2.2试验流程图

2.2.3熔覆试样的制备

2.2.4金相制备与组织观察

2.2.5硬度与摩擦试验

第3章铝青铜表面熔覆层组织分析

3.1显微组织

3.1.1纵断面显微组织分析

3.1.2表面显微组织分析

3.2物相分析

3.3熔覆层硬度分析

3.3.1成分对熔覆层硬度的影响

3.3.2激光束扫描速度对熔覆层硬度的影响

3.4本章小结

第4章熔覆层摩擦性能分析

4.1干摩擦磨损试验

4.1.1摩擦因数与磨损体积

4.1.2摩擦形貌与磨损机理分析

4.2润滑摩擦磨损试验

4.2.1摩擦因数与磨损体积

4.2.2摩擦形貌与磨损机理分析

4.3本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A：硕士期间发表的论文