全金屬組元Fe基非晶-納米晶涂層的制備及性能研究.pdf

1、在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中，不少零部件都是在高速、高壓、重載環(huán)境下連續(xù)工作，磨損與腐蝕是其主要的失效形式。在普通鋼材表面制備具有高性能的復(fù)合材料涂層，不僅可以延長(zhǎng)零件的使用壽命，而且還能創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。鐵基非晶/納米晶合金具有強(qiáng)度高、硬度大、韌性好和耐腐蝕性能突出等優(yōu)勢(shì)，因此在材料表面改性領(lǐng)域表現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景。激光熔覆作為一種先進(jìn)、高效的表面工程技術(shù)，具有光束易于聚焦、能量密度高，熔覆層表面組織細(xì)密、表層硬度高、不變形等優(yōu)點(diǎn)。在調(diào)質(zhì)鋼基

2、體表面通過激光熔覆技術(shù)將鐵基非晶合金粉末熔覆得到非晶/納米晶復(fù)合涂層，可顯著改善材料表層的力學(xué)性能。
　　本文綜合分析影響GFA因素及高塑性非晶合金成分設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，從合金組元的電子結(jié)構(gòu)、模量、形成焓和化學(xué)鍵等因素出發(fā)，進(jìn)行不含類金屬元素高泊松比Fe基非晶合金的成分設(shè)計(jì)及試驗(yàn)優(yōu)化研究，設(shè)計(jì)出全金屬組元Fe60Nb20Ti20和Fe60Nb13Ti13Ta13兩種成分。然后通過機(jī)械球磨工藝制備出非晶合金粉末，在此基礎(chǔ)上分析非晶合金粉

3、末的晶化動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)問題，最后通過激光熔覆工藝在45鋼的基體表層制備鐵基非晶/納米晶復(fù)合涂層。研究在球磨過程中非晶化過程、晶化動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)以及激光熔覆工藝參數(shù)對(duì)熔覆涂層的表面質(zhì)量、微觀組織及力學(xué)性能的影響。
　　研究結(jié)果表明：Fe60Nb20Ti20和Fe60Nb13Ti13Ta13兩種合金成分在球磨過程中，溶質(zhì)元素Nb、Ti、Ta在高能機(jī)械力的作用下逐漸固溶到Fe基體中，形成過飽和α-Fe固溶體，造成嚴(yán)重的晶格畸變，集聚大量

4、的畸變能，當(dāng)系統(tǒng)能量超過非晶態(tài)臨界值自由能時(shí)，導(dǎo)致晶格處于崩潰狀態(tài)，最后形成非晶態(tài)。兩種粉末機(jī)械球磨70 h獲得完全非晶態(tài)合金粉末，粉末粒徑約為5~10μm，粉末形狀呈球形，具有良好的流動(dòng)性。晶化動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)研究表明：非晶合金粉末具有較寬的過冷液相區(qū)和較高的晶化激活能，F(xiàn)e60Nb20Ti20非晶粉末的過冷液相區(qū)和晶化激活能分別為165℃、375.98 KJ/mol，F(xiàn)e60Nb13Ti13Ta13非晶粉末的過冷液相區(qū)和晶化激活能分別

5、為172℃、386.74 KJ/mol。
　　激光熔覆結(jié)果表明：在激光熔覆過程中，激光功率、掃描速度和涂粉厚度對(duì)獲得的熔覆層微觀組織和力學(xué)性能有很大的影響，利用正交試驗(yàn)法優(yōu)化激光熔覆工藝參數(shù)，優(yōu)化后的最佳工藝參數(shù)為P=350 W、V=240 mm/min、H=0.25 mm，由此獲得的涂層表面平整光亮、無(wú)氣孔、無(wú)裂紋等缺陷，而且與基體產(chǎn)生良好的冶金結(jié)合。涂層區(qū)表面的微觀組織為細(xì)小的α-Fe過飽和固溶體等軸晶和少量的非晶相。激光熔覆