激光熔覆Ni-Al金屬間化合物涂層組織及性能研究.pdf

1、激光熔覆相比于其他表面涂覆技術，具有涂層結合性好，涂層組織致密等優(yōu)點，Ni-Al金屬間化合物具有高熔點、低密度以及良好的高溫性能，有望成為新一代的高溫結構材料，將Ni-Al金屬間化合物通過激光熔覆技術制備成材料表面涂層，能夠得到結合性能良好的涂層，提高基體材料的強度、摩擦磨損性能及高溫性能。
　　本文根據最具高溫應用前景的Ni3Al合金和NiAl合金的成分特點，采用激光熔覆技術在Q235基體上制備了Ni-Al金屬間化合物涂層，系統

2、的研究了激光熔覆各項工藝參數對涂層質量的影響，得到制備Ni-Al涂層的最佳工藝參數。通過掃描電子顯微鏡，X射線衍射儀、EDS能譜測試儀等對涂層的組織和物相進行檢測，并通過一系列實驗測試了涂層的硬度、附著力、摩擦磨損性能、抗高溫氧化性能及抗熱震性能。研究結果表明:
　　(1)激光熔覆各項工藝參數是相互影響和制約的，對熔覆質量都有較大影響，通過研究各參數對涂層成型質量的影響，得到試樣最佳的工藝參數為:鋪粉厚度1mm，激光掃描速度2mm

3、/s，激光電流為300A，激光脈寬為2.5ms，頻率是20Hz。
　　(2)激光熔覆得到的Ni-Al涂層組織均勻細密，無明顯裂紋但存在少量氣孔，與基體之間形成良好的冶金結合，厚度約為60～70μm。從涂層底部到表面，組織由長條狀的樹枝晶轉化為等軸晶。當熔覆粉末Ni、Al原子比為1∶1時，涂層主要由β-NiAl和少量的γ'-Ni3Al相構成，γ'-Ni3Al呈網狀圍繞在β-NiAl周圍;當熔覆粉末Ni、Al原子比為3∶1時，涂層主要

4、由γ'-Ni3Al及γ-Ni構成，γ'-Ni3Al的體積約為γ-Ni的2倍。
　　(3) Ni-Al涂層顯著提高了基體表面硬度，硬度最高的為NiAl涂層，涂層平均硬度可達659HV0.2,其次為Ni3Al涂層，平均可達556HV0.2,基體硬度僅為200HV0.2,Ni-Al涂層與基體結合良好。
　　(4) Ni-Al涂層摩擦系數相對于基體有所降低，有較好的減摩性，基體磨損機理主要為嚴重的塑性變形和疲勞剝落，NiAl涂層主要

5、為粘著磨損和少量的磨粒磨損，Ni3Al涂層主要為磨粒磨損，基體磨損率最大，Ni-Al涂層磨損率接近Cr15Mo3耐磨鋼，NiAl涂層耐磨性強于Ni3Al涂層。
　　(5) Ni-Al涂層表面高溫下形成致密的Al2O3保護膜，具有良好的抗高溫氧化性能，在900℃恒溫氧化實驗中，用氧化增重的倒數表征抗高溫氧化性能，NiAl涂層抗高溫氧化性能約為基體的7倍，Ni3Al涂層則約為基體的4倍左右，NiAl涂層抗高溫氧化性能強于Ni3Al涂層