銅結(jié)晶器表面激光熔覆Ni基涂層的組織性能研究.pdf

1、由于銅及銅合金具有良好的導(dǎo)熱性和耐蝕性，被廣泛用做鋼鐵連鑄機(jī)的結(jié)晶器。但是銅及銅合金的耐磨性較差，使其服役壽命短，限制了在工業(yè)上的應(yīng)用。近年來，人們廣泛采用電鍍、熱噴涂等方法來提高結(jié)晶器銅合金的耐磨性，但這些技術(shù)還存在著涂層與基體是機(jī)械結(jié)合在使用過程中容易失效等不足。而激光熔覆技術(shù)最大的優(yōu)點是可以制備完全致密的冶金結(jié)合涂層，從而改善基體的耐磨性能。因此，利用激光熔覆技術(shù)在銅結(jié)晶器表面制備出具有冶金結(jié)合界面、組織致密無裂紋等缺陷、耐磨性能

2、優(yōu)良的熔覆層，具有十分重要的現(xiàn)實意義和科研價值。
　　本文以Ni60粉末作為熔覆材料，通過單道次熔覆和多道搭接試驗對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后，利用Nd∶YAG激光器在Cu合金基體表面成功制備出了大面積熔覆層。針對熔覆層出現(xiàn)的裂紋和偏析等問題，從添加Y2O3優(yōu)化熔覆粉末和利用激光重熔技術(shù)優(yōu)化工藝兩方面著手，進(jìn)一步提高熔覆層的質(zhì)量和性能。并利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、顯微硬度計、X射線衍射分析等手段，對所制備熔覆層的宏觀形貌、微觀組織、顯微硬

3、度、物相組成、高溫耐磨性能及抗熱振性能等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。研究結(jié)果表明:
　　Ni60熔覆層表面具有脈沖激光特有的“波紋”狀節(jié)點的宏觀形貌。熔覆層內(nèi)部組織致密、基本無裂紋、氣孔等缺陷，并與基體形成了致密的冶金結(jié)合。單道次熔覆層的顯微組織沿界面至熔覆層方向依次為超細(xì)平面晶、胞狀枝晶、包含顆粒狀共晶組織的等軸細(xì)晶;多道搭接熔覆層表層的細(xì)晶中分布著呈圓弧狀的枝晶，內(nèi)部組織主要為與單道熔覆層類似的包含共晶組織的等軸晶。
　　XRD分

4、析表明Ni60熔覆層含有Cr、(Fe，Ni)、FeSi、Cr7C3等物相。由于有細(xì)晶強化、固溶強化和硬質(zhì)第二相的彌散強化作用，Ni60熔覆層單道和多道搭接的顯微硬度分別達(dá)到了1156HV、917HV，約為銅合金基體硬度(100HV)的11.6倍和9.2倍。
　　激光熔覆Ni60處理后的銅合金試樣具有良好的導(dǎo)熱性能，測得其導(dǎo)熱率為318.85W/(m·k)。在相同磨損時間內(nèi)，Ni60熔覆層試樣的磨損失重約為銅合金基體磨損失重的1/3

5、，摩擦系數(shù)更低且較穩(wěn)定，說明制備的Ni60熔覆層使銅合金的耐磨性能得到了較大改善。此外，250℃和750℃熱震實驗的結(jié)果表明，Ni60熔覆層表面未發(fā)現(xiàn)裂紋、鼓包或剝落的現(xiàn)象，與銅合金基體依然呈致密的冶金結(jié)合;750℃熱震后熔覆層表面生成了一層很薄的以CuO、Fe0.974O及Cu0.83Si0.17為主的復(fù)合氧化層，阻礙了氧化的進(jìn)一步進(jìn)行，證明Ni60激光熔覆層具有優(yōu)良的耐熱沖擊韌性和耐高溫氧化性能。
　　通過添加Y2O3，改善了

6、Ni60熔覆層的組織形貌，使組織更加均勻、致密、細(xì)小，降低了成分偏析、裂紋等缺陷出現(xiàn)的傾向。Y2O3使熔覆層凝固時的結(jié)晶形態(tài)發(fā)生了變化，促進(jìn)了Fe2B、FeNi等硬質(zhì)強化相的形成，且使其更加均勻彌散分布，多道搭接熔覆層硬度達(dá)到955HV，約為銅合金基體硬度的9.6倍。這些變化進(jìn)一步改善了銅合金的高溫耐磨性能，高溫磨損失重僅為銅合金基體的約1/4，摩擦系數(shù)更低且更加穩(wěn)定。
　　通過對Ni60熔覆層進(jìn)行激光重熔處理，制備的重熔層整體上