H13鋼表面激光熔覆制備金屬基陶瓷復合涂層及其耐磨性的研究.pdf

1、磨損是一種常見的模具失效形式，采用激光熔覆(Laser Cladding)等表面改性技術在金屬表面制備耐磨熔覆層，改善表面組織、提高表面性能，可有效延長模具的使用壽命。本文采用Nd: YAG脈沖激光器在H13模具鋼表面制備了TiC顆粒增強Ni基合金復合涂層，并在復合涂層中繼續(xù)加入少量高溫潤滑相CaF2及稀土氧化物Y2O3進行成分優(yōu)化。通過光學顯微鏡(OM），掃描電子顯微鏡(SEM)結合能譜(EDS)，X射線衍射儀(XRD)對不同成分及含

2、量的Ni基合金復合熔覆涂層的微觀組織結構、元素分布和物相組成進行了表征，并對熔覆層進行了硬度測試及在載荷300N，轉(zhuǎn)速180r/min，行程1000r干滑動摩擦磨損條件下進行了耐磨性的測試，研究了熔覆層中TiC、CaF2及Y2O3對復合涂層組織及耐磨性能的影響。
　　研究結果表明，TiC/Ni60復合熔覆層以面心立方結構的γ-(Fe,Ni)為基體，F(xiàn)e3C、Cr23C6、Ni2Si及TiC作為硬質(zhì)相均勻分布在過飽和的γ-(Fe。N

3、i)固溶體中；激光熔覆層表面主要是細密的枝晶、胞狀晶、等軸晶及共晶化合物，各類晶粒大小比較均勻且形態(tài)各異；涂層中枝晶內(nèi)部為γ-(Fe,Ni)，共晶組織為Cr23C6、Ni2Si；隨著TiC的加入，涂層表面的組織更加細化；CaF2加入后流動性增加，使熔覆涂層表面的組織總體上更加細密；復合涂層仍以亞共晶方式結晶，過飽和的Ni、Cr等元素和CaF2在γ枝晶間形成了網(wǎng)狀共晶組織，且隨著CaF2含量的升高，網(wǎng)狀組織中的化合物變細長并被打斷；Y2O

4、3加入后，復合熔覆涂層的組織更加均勻致密，組織被進一步細化，晶粒大小幾乎達到亞微米級。
　　硬度測試結果表明，熔覆涂層的顯微硬度值均遠大于基體，H13鋼激光熔凝處理可使硬度明顯高于H13鋼基體，但是低于復合涂層；隨著TiC含量的增加，熔覆層中平均硬度逐漸增大，TiC含量達到30％(質(zhì)量分數(shù))時熔覆層內(nèi)的平均硬度值最大，為873HV0.2；TiC含量為20%的復合熔覆涂層中加入CaF2后平均硬度值有所降低，隨著CaF2含量的升高，復

5、合熔覆涂層的平均顯微硬度值不斷減小；復合熔覆涂層中繼續(xù)加入Y2O3可提高顯微硬度，Y2O3加入量為1%(質(zhì)量分數(shù))時復合涂層平均硬度值最高，而加入量為5%(質(zhì)量分數(shù))Y2O3時復合涂層硬度值最低。
　　摩擦磨損試驗結果表明，H13鋼基體的平均摩擦因數(shù)為0.41，熔覆涂層中，100%Ni60(質(zhì)量分數(shù))涂層的平均摩擦因數(shù)最大，為0.34，TiC的加入可減小摩擦因數(shù)，各涂層平均摩擦因數(shù)比較接近。相同磨損工況下，H13鋼試樣的磨損量較大

6、，激光熔凝處理后磨損性能有所提高，激光熔覆制備的復合涂層耐磨性顯著優(yōu)于H13；H13鋼、激光熔凝處理的H13鋼表面的磨損機制以顯微切削為主；激光熔覆復合涂層的磨損機制轉(zhuǎn)化為脆性剝落為主；加入CaF2后，復合涂層的平均摩擦因數(shù)顯著降低，CaF2含量為5%(質(zhì)量分數(shù))的復合涂層質(zhì)量磨損量最少，CaF2含量大于10%(質(zhì)量分數(shù))時復合涂層質(zhì)量磨損量大于未加入CaF2以前的涂層，CaF2含量為15%(質(zhì)量分數(shù))時質(zhì)量磨損量最大；加入CaF2后的

7、復合涂層的磨損形貌主要也是以脆性剝落坑及切削痕跡為主，但其剝落坑痕跡明顯變淺；Y2O3的加入及含量的升高對復合熔覆涂層的平均摩擦因數(shù)影響不大；當Y2O3含量為0.5%(質(zhì)量分數(shù))時，復合涂層相比較未加入Y2O3前質(zhì)量磨損量有所減少，為1.6mg，而當Y2O3含量超過0.5%(1%,1.5%，質(zhì)量分數(shù))時，復合涂層的質(zhì)量磨損量隨Y2O3含量的升高而增加，Y2O3含量為1.5%(質(zhì)量分數(shù))時的復合涂層質(zhì)量磨損量最大；加入微量Y2O3后，涂層