高速电弧喷涂-激光重熔复合制备Fe基涂层的试验研究

摘要

以不锈钢带包覆合适粒度及配比的Fe、Cr、Al、Ni等金属粉，试制了FeCrNi、FeCrAl、FeCrNiAl和FeCrNiAlBSi四种粉芯丝材，选用合适的高速电弧喷涂工艺参数成功制备了四种Fe基涂层。采用激光技术对FeCrNiAlBSi涂层进行重熔处理，探索合理的激光重熔工艺参数。使用金相显微镜、显微硬度计、扫描电子显微镜(SEM)及附属能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等对比研究基体、FeCrNiAlBSi涂层及其激光重熔层的组织性能、耐摩擦磨损性能和抗高温氧化性能。课题的主要研究结论如下:
　　在0.5MPa空气压力下，以电弧电压32～34V，电流200～220A制备的四种Fe基涂层截面组织均呈典型的层状结构，其中FeCrNiAlBSi组织致密、孔隙率低，显微硬度及与基体的结合强度较高，显微硬度值约为501.0HV0.1～673.2HV0.1，存在较大的不均匀性，结合强度约为17.2MPa。FeCrNiAlBSi涂层主要由Fe-Cr相、金属氧化物及少量孔隙组成。
　　多次重熔实验表明，采用激光功率280W、离焦量-0.5mm、扫描速度180mm/min和搭接率70％重熔得到的重熔层表面质量较好，此时重熔层显微硬度约为837.4HV0.1，均匀性较好，重熔合金区高度约为340μm。
　　激光重熔后涂层内部孔隙率大幅度降低，层状组织消除，叠层之间、涂层与基体之间由机械结合转变为冶金结合，激光重熔层表面光洁度较好，重熔层主要由Fe-Cr相、Ni-Cr-Fe相等组成。
　　高温氧化实验表明，600℃×48h条件下，激光重熔层抗高温氧化性最好，氧化增重约为4.96mg/cm2，FeCrNiAlBSi涂层次之，氧化增重约为10.35mg/cm2。
　　摩擦磨损实验表明，基体、FeCrNiAlBSi涂层和激光重熔层的摩擦系数依次降低且趋于稳定。激光重熔层耐磨性能最好，FeCrNiAlBSi涂层次之。FeCrNiAlBSi磨损量约为基体的一半，激光重熔层磨损量仅为基体的1/3。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 高速电弧喷涂技术

1．2．1 原理和特点

1．2．2 电弧喷涂材料

1．2．3 高速电弧喷涂的研究现状

1．3 激光重熔技术

1．3．1 激光重熔简介

1．3．2 激光重熔的研究现状

1．4 课题主要研究内容与目的

1．5 本章小结

第二章 实验材料、设备和方法

2．1 实验材料

2．1．1 基体材料

2．1．2 涂层材料

2．2 实验设备

2．3 实验方法

2．3．1 粉芯丝材的制造

2．3．2 高速电弧喷涂层制备

2．3．3 激光重熔试验

2．3．4 显微组织观察

2．3．5 显微硬度测试

2．3．6 结合强度测试

2．3．7 涂层厚度及重熔层高度测量

2．3．8 高温氧化实验

2．3．9 摩擦磨损实验

2．3．10 SEM扫描电镜分析

2．3．11 X射线衍射分析

2．4 本章小结

第三章 电弧喷涂层的制备及性能研究

3．1 前言

3．2 涂层成分设计

3．2 电弧喷涂工艺

3．2．1 基体喷砂处理

3．2．2 喷涂工艺参数

3．3 喷涂层的组织与性能分析

3．3．1 涂层金相组织观察

3．3．2 显微硬度测试

3．4 涂层结合强度分析

3．5 涂层的截面SEM及EDS分析

3．6 本章小结

第四章 激光重熔工艺参数优化

4．1 前言

4．2 激光重熔工艺参数研究

4．3 实验结果分析

4．3．1 重熔后宏观形貌对比

4．3．2 重熔层显微硬度分析

4．3．3 重熔合金区高度测量

4．4 多道重熔搭接率的优化

4．5 本章小结

第五章 涂层及重熔层组织性能分析

5．1 前言

5．2 重熔层显微组织分析

5．3 重熔层表面微观形貌观察及能谱分析

5．4 XRD物相分析

5．5 耐高温氧化实验

5．5．1 氧化增重曲线

5．5．2 氧化后微观组织分析

5．6 耐磨性能分析

5．6．1 实验过程

5．6．2 摩擦系数及磨损量分析

5．6．3 磨损形貌分析

5．7 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 论文结论

6．2 课题展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文