激光熔覆纳米SiC增强NiFeBSi复合涂层的研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hanxianzhi
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NiFeBSi合金具有很高的热膨胀系数,良好的抗蚀性、强度、硬度和塑性;SiC作为陶瓷材料,它的硬度很高,具有优良的导热和导电性能,高温时能抗氧化。激光熔覆陶瓷增强金属基复合涂层因其高硬度、高耐磨性及良好的韧性,而被广泛研究。本文通过激光熔覆工艺,以中碳钢45#钢为基体材料,制备NiFeBSi合金熔覆层和纳米SiC增强NiFeBSi合金复合熔覆层,具有良好冶金结合,又没有被基体材料所稀释而降低性能。熔覆材料的供给方式采用预置式,直接将合金粉末和SiC增强复合合金粉末铺设于45#钢基体表面,厚度约为0.8mm,而且不用粘结剂粘结。利用5kW横流CO2激光器,采用圆形光斑工艺在45#钢基体表面进行单道激光熔覆实验。具有高的能量模式圆形光斑在激光熔覆过程中,可以使熔池获得极高的凝固和冷却速度,从而使涂层获得具有良好力学和物理化学性能的合金相。选取的工艺参数如下:光斑直径为Φ3mm;激光功率范围为2.0kW~4.0kW;扫描速度分别为3mm/s、6mm/s和8mm/s。采用XRD和SEM对获得的涂层进行相结构和显微组织分析;采用努氏显微硬度计和摩擦磨损实验机测试涂层的硬度和耐磨损性能。NiFeBSi合金熔覆层主要由FeNi3、γ-(Fe,Ni)、α-(Fe,Ni)和Ni2Si组成。FeNi3和γ-(Fe,Ni)为FCC结构,α-(Fe,Ni)为BCC结构。熔覆层的显微硬度和耐磨性都高于基体材料;随着Ni含量的降低,熔覆层中的α-(Fe,Ni)增多,降低了熔覆层的硬度和耐磨性。由于激光瞬间辐照后产生较大的过冷度,使得熔覆层迅速凝固,γ-(Fe,Ni)来不及发生共析反应而保留下来,得到了大量残余γ-(Fe,Ni)。不同工艺参数条件的NiFeBSi合金熔覆层,随功率的的增大,稀释度增大、显微硬度提高和磨损性能都增强,γ-(Fe,Ni)和FeNi3逐渐增多,α-(Fe,Ni)逐渐减少;随扫描速度的增大,稀释率低逐渐减小、显微硬度和磨损性能先增大后减小;α-(Fe,Ni)成倍增多,γ-(Fe,Ni)和FeNi3显著减少;随能量密度的增大,熔覆层的稀释度增大、显微硬度提高和磨损性能都增强,γ-(Fe,Ni)和FeNi3逐渐增多,α-(Fe,Ni)逐渐减少。不同增强比例的纳米SiC复合熔覆层,主要由FeNi3、γ-(Fe,Ni)、α-(Fe,Ni)、NiCx、Fe3C、Fe7C3和(Fe,Ni)23C6组成,随着纳米SiC掺入量的增加,FeNi3逐渐减少,γ-(Fe,Ni)和α-(Fe,Ni)的含量显著降低,X射线衍射分析结果并未发现SiC陶瓷相存在于熔覆层中,SiC发生分解;纳米SiC复合熔覆层显著提高了基体材料45#钢表面的硬度和耐磨性,并随SiC的掺入量增多,硬度和耐磨性提高显著,磨痕表面产生脆性变形和裂纹。
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