激光熔覆納米增強鎳基復(fù)合涂層組織與性能的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工程的快速發(fā)展，復(fù)雜、苛刻的服役環(huán)境對材料表面的綜合性能提出了更高的要求。熔覆材料已從最初選用的自熔性合金體系逐步發(fā)展到復(fù)合材料體系，其所涉及的增強相主要為硬質(zhì)陶瓷材料。但這些微米級硬質(zhì)相因其內(nèi)部缺陷較多，且與基體間的熱物性差異較大，易導(dǎo)致復(fù)合涂層在激光熔覆過程產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷。而納米材料因其特殊結(jié)構(gòu)和尺寸效應(yīng)，不僅具有優(yōu)異的力學(xué)性能，而且其內(nèi)部微觀缺陷少，可在一定程度上緩解界面應(yīng)力集中的產(chǎn)生，從而獲得高質(zhì)量冶金結(jié)合涂層。<

2、br>　　本文利用激光熔覆技術(shù)，分別在38CrMoAl鋼表面基體上制備了不同納米TiC/C與納米TiN含量的鎳基復(fù)合涂層。利用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、電子探針等現(xiàn)代微觀分析技術(shù)設(shè)備及顯微硬度計、往復(fù)式摩擦磨損試驗機等性能檢測手段，系統(tǒng)分析了納米陶瓷材料在熔覆層中的數(shù)量、形態(tài)、分布及其添加量對鎳基合金涂層組織和性能的影響。
　　納米TiC/C是一種核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合粉體材料，其表面碳包覆層的存在可以阻礙納米粒子的團聚，同時其芯部的

3、TiC相具有高的硬質(zhì)強化作用，能顯著改善鎳基復(fù)合涂層的摩擦磨損性能。研究表明，納米TiC/C增強鎳基復(fù)合涂層主要是由γ-Ni、Ni3B和M23C6相所組成，但組成相的數(shù)量、尺寸和形態(tài)卻存在明顯差異。隨著納米TiC/C添加量的增加，復(fù)合涂層的組織逐漸細化，γ-Ni初晶的數(shù)量增多，且其生長形態(tài)逐漸由柱狀樹枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S樹枝晶;但當(dāng)納米TiC/C添加量增至5.0wt.％時，等軸樹枝初晶的尺寸開始增大，且隨著納米TiC/C添加量繼續(xù)增加至15.

4、0wt.％時，γ-Ni初晶的生長形態(tài)再次轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢顦渲?，同時共晶組織的組成相也由γ-Ni+Ni3B變?yōu)棣?Ni+M23C6。復(fù)合涂層中TiC的含量、形態(tài)及分布狀態(tài)主要與納米TiC/C在高溫熔池中溶解和運動行為有關(guān)。隨著納米TiC/C添加量的增加，復(fù)合涂層的硬度逐漸升高，而減摩性和耐磨性則呈現(xiàn)出先增后減的變化趨勢，即在納米TiC/C添加量分別為1.5wt.％和5.0wt.％時，其減摩性和耐磨性分別達到最高。
　　納米TiN具有硬度

5、高、抗腐蝕性強等優(yōu)點，作為增強相存在可以顯著改善復(fù)合涂層的摩擦磨損性能。研究表明，納米TiN增強鎳基復(fù)合涂層主要由γ-Ni、Ni3B、TiN和M23C6相所組成，但有所不同的是，隨著納米TiN添加量的增加，涂層中TiN顆粒的數(shù)量逐漸增加，γ-Ni初晶的數(shù)量增多，尺寸增大，且其生長形態(tài)由柱狀樹枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S樹枝晶;但當(dāng)納米TiN的添加量超過5.0wt.％時，γ-Ni初晶的數(shù)量與尺寸逐漸減少，且其生長形態(tài)再次轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢顦渲?。隨著納米TiN