激光熔覆鈷基金屬陶瓷復合層組織與性能的研究.pdf

1、催化裝置的滑閥一般工作在700℃左右的高溫環(huán)境下，受到高速的含催化劑固態(tài)顆粒氣流的沖刷，由于工作環(huán)境惡劣，導軌、閥板等內(nèi)部構件極易腐蝕磨損失效。通常采用熱噴涂和堆焊技術強化和修復滑閥內(nèi)部構件，存在著很大的局限性。 本文采用5kW橫流CO2激光器，在1Cr18Ni9Ti不銹鋼表面分別制備了Stellite6鈷基合金以及含有不同比例WC和適量AI的Stellite6/WC鈷基金屬陶瓷復合層。利用OM、SEM、XRD等手段分析了熔覆層

2、的顯微組織結構、相組成，觀察了高溫沖蝕后的表面形貌；采用電子探針線掃描技術，研究了結合區(qū)和熔覆層各合金元素的分布情況；對熔覆層的硬度、抗高溫氧化和抗高溫沖蝕性能進行了測試，并對高溫氧化和沖蝕磨損機理進行了探討。 試驗結果表明，激光熔覆層致密均勻，實現(xiàn)了與基體良好的冶金結合，無裂紋、氣孔等缺陷。熔覆層的主要組成為γ-Co(面心立方)過飽和固溶體以及碳化物CoCx、Co6W6C、Cr23C6和WC1-x；顯微組織為大體上垂直于界面生

3、長的平面晶和胞狀晶，向熔池中部過渡為多方向生長的樹枝晶區(qū)，近表面為平行于激光掃描速度方向生長的細小枝晶區(qū)。熔覆層具有很高的硬度，約為基體的2-3倍，而且隨WC加入量的增加表面硬度逐漸提高。 在700℃高溫條件下，鈷基合金和添加10％WC(2％Al)鈷基合金熔覆層的抗高溫氧化性能均比基體優(yōu)異，其氧化增重約為基體的一半。鈷基合金熔覆層具有良好的抗高溫氧化性能，在于Co能有效地促進Cr2O3、CoO·Cr2O3的形成，而這一氧化膜致密

4、穩(wěn)定，并且CoO與Cr2O3間較強的結合鍵增強了膜的致密性。添加10％WC(2％Al)使熔覆層中Co和Cr元素的含量在一定程度上有所降低，但為消除氣孔而加入的Al可以形成一定數(shù)量的Al2O3膜，因此其氧化增重速度與鈷基合金熔覆層大體相當。 700℃、90°攻角下，鈷基合金和添加10％WC(2％Al)的鈷基合金熔覆層的抗高溫沖蝕磨損性能均比基體優(yōu)異，添加10％WC(2％Al)的熔覆層性能最好，鈷基合金熔覆層次之。鈷基合金熔覆層的沖

5、蝕機制以犁削脫落為主，伴隨擠壓后的片屑剝落；添加10％WC(2％Al)的激光熔覆層以擠壓后的片屑剝落為主。分析認為，對于鈷基合金和添加10％WC(2％Al)熔覆層，由于致密保護膜的存在，有效地降低了底材金屬受到的沖擊力，使試樣具有較低的沖蝕率。添加20％WC(2％Al)熔覆層，由于疏松的氧化膜在磨粒的沖蝕下大面積剝落，保護作用失效，故沖蝕率很高。在Stellite6鈷基合金中添加10％WC(2％Al)，采用適宜的激光加工工藝參數(shù)制備的鈷