激光熔覆制備超細(xì)陶瓷復(fù)合涂層的組織與性能研究.pdf

1、激光表面復(fù)合強化處理作為一種高性能表面的制備方法，是當(dāng)今研究熱點之一。該技術(shù)有望在機車、重大裝備、航空航天及工模具等領(lǐng)域的核心部件的高性能制造中有起著關(guān)鍵作用，有著巨大的應(yīng)用前景。本文以激光熔覆技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合化學(xué)沉積技術(shù)、溶膠凝膠化學(xué)合成技術(shù)以及納米陶瓷增強技術(shù)等，制備了高性能陶瓷復(fù)合涂層，克服了單一的傳統(tǒng)表面強化技術(shù)和激光熔覆技術(shù)存在的缺點，優(yōu)勢互補，是激光表面強化技術(shù)的繼承和發(fā)展。
　　論文研究工作圍繞下列幾個方面展開:首先

2、分別采用預(yù)置法、化學(xué)鍍復(fù)合法及溶膠凝膠復(fù)合法三種粉體制備方法，將微納米材料進行有效組裝，進而采用脈沖Nd∶YAG激光輻照，以在金屬基體上制備強化層;建立了工藝參數(shù)優(yōu)化模型，獲得了高性能的超細(xì)陶瓷復(fù)合強化涂層;研究了各涂層的微觀組織、硬度分布規(guī)律及磨損性能之間的關(guān)系，詳細(xì)分析了陶瓷強化相的作用和涂層強化機理，并對不同方法制備涂層的特點和應(yīng)用進行系統(tǒng)分析。主要結(jié)果如下:
　　(1)在激光作用下利用預(yù)置法熔覆鎳包納米Al2O3制備了Al

3、2O3復(fù)合陶瓷涂層，通過優(yōu)化試驗，可獲得硬度較高、無裂紋涂層的工藝參數(shù)組合是:50％Ni+50％Al2O3，電流強度150A，掃描速度300mm/min，脈沖寬度2ms，脈沖頻率30Hz。該參數(shù)下獲得了厚度為0.6mm和最高硬度為672Hv0.2的強化涂層，耐磨性提高1.5倍。該方法操作方便靈活，適用于復(fù)雜部件的局部強化，如模具型腔、內(nèi)壁、刀具等。
　　(2)采用復(fù)合化學(xué)鍍法制備了Ni-P-Al2O3復(fù)合強化鍍層，利用高能脈沖激光

4、對鍍層進行強化處理，建立了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工藝參數(shù)預(yù)測模型，單道脈沖激光處理復(fù)合鍍層的優(yōu)化工藝參數(shù)為:電流強度200～240A;脈寬2.1～2.3ms;脈沖頻率21～23Hz;掃描速率450mm/min。在該參數(shù)下，獲得了厚度為0.2～0.3mm、硬度為840Hv0.2的強化涂層，耐磨性提高6倍。該方法涂層均勻性好，適用于要求較高的重要部件局部強化，如刀具刃口、葉片、軸頸等。
　　(3)采用激光與溶膠-凝膠化學(xué)合成反應(yīng)復(fù)合法，制備了

5、鈦化物(TiC/TiN/TiB2)復(fù)合強化涂層，制備TiC涂層優(yōu)化的工藝參數(shù)為:TiO2和C的摩爾比為1∶5，預(yù)置層厚度0.2mm，電流強度250A，脈寬2.5ms，頻率18Hz，激光掃描速率50mm/min。在該參數(shù)下，獲得了厚度為0.3～0.4mm，硬度達(dá)1150Hv0.1的強化涂層，耐磨性提高了12.5倍。該方法制備的涂層硬度高，耐磨性能良好，方便靈活，適用于各類工具刃部的強化。
　　(4)陶瓷強化相作用和涂層強化機理研究表

6、明:由于納米Al2O3異質(zhì)相粒子的存在提高了熔體過冷度，改變了晶體生長形態(tài)，熔化表層從柱狀晶向胞狀晶轉(zhuǎn)變，從而極大的促進了細(xì)晶組織的形成。晶粒細(xì)化和生成的Al2O3、Al5FeNi、FeNi、Fe0.64Ni1.36等高度彌散硬質(zhì)相，是實現(xiàn)涂層強化的主要原因。而對于溶膠凝膠法，主要依靠激光與溶膠凝膠體(TiO2·2H2O+C+BN)的合成反應(yīng)，獲得TiC、TiB2和TiN為主要強化相的強化層。
　　綜上所述，三種不同的復(fù)合方法都獲