激光熔覆钴基金属陶瓷复合层组织与性能的研究

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1、摘要催化装置的滑阀一般工作在700℃左右的高温环境下，受到高速的含催化剂固态颗粒气流的冲刷，由于工作环境恶劣，导轨、阀板等内部构件极易腐蚀磨损失效。通常采用热喷涂和堆焊技术强化和修复滑阀内部构件，存在着很大的局限性。本文采用5kW横流c02激光器，在1Crl8Ni9Ti不锈钢表面分别制备了Stellite6钴基合金以及含有不同比例WC和适量Al的Stellite6／WC钻基金属陶瓷复合层。利用OM、SEM、XRD等手段分析了熔覆层的显微组织结构、相组成，观察了高温冲蚀后的表面形貌；采用电子探针线扫描技术，研究了结合区和熔覆层各合金元素的分布情况；

2、对熔覆层的硬度、抗高温氧化和抗高温冲蚀性能进行了测试，并对高温氧化和冲蚀磨损机理进行了探讨。试验结果表明，激光熔覆层致密均匀，实现了与基体良好的冶金结合，无裂纹、气孔等缺陷。熔覆层的主要组成为丫．Co(面心立方)过饱和固溶体以及碳化物CoCx、C06W6C、Cr23C6和WCl．x；显微组织为大体上垂直于界面生长的平面晶和胞状晶，向熔池中部过渡为多方向生长的树枝晶区，近表面为平行于激光扫描速度方向生长的细小枝晶区。熔覆层具有很高的硬度，约为基体的2．3倍，而且随WC加入量的增加表面硬度逐渐提高。在700℃高温条件下，钴基合金和添加10％WC(2％

3、A1)钴基合金熔覆层的抗高温氧化性能均比基体优异，其氧化增重约为基体的一半。钴基合金熔覆层具有良好的抗高温氧化性能，在于Co能有效地促进Cr203、CoO·Cr203的形成，而这一氧化膜致密稳定，并且CoO与Cr203间较强的结合键增强了膜的致密性。添加10％WC(2％A1)使熔覆层中Co和Cr元素的含量在一定程度上有所降低，但为消除气孔而加入的Al可以形成一定数量的A1203膜，因此其氧化增重速度与钴基合金熔覆层大体相当。700℃、90。攻角下，钴基合金和添加10％WC(2％A1)的钴基合金熔覆层的抗高温冲蚀磨损性能均比基体优异，添加10％WC

4、(2％A1)的熔覆层性能最好，钻基合金熔覆层次之。钴基合金熔覆层的冲蚀机制以犁削脱落为主，伴随挤压后的片屑剥落；添加10％WC(2％A1)的激光熔覆层以挤压后的片屑剥落为主。分析认为，对于钴基合金和添加10％WC(2％A1)熔覆层，由于致密保护膜的存在，有效地降低了底材金属受到的冲击力，使试样具有较低的冲蚀率。添加20％WC(2％A1)熔覆层，由于疏松的氧化膜在磨粒的冲蚀下大面积剥落，保护作用失效，故冲蚀率很高。在Stellite6钴基合金中添加10％WC(2％A1)，采用适宜的激光加工工艺参数制备的钴基金属陶瓷复合层具有比Stellite6钴基

5、合金熔覆层更为优异的性能，而且可以减少钴基合金的使用量，具有很大的工业应用价值，为激光熔覆钴基金属陶瓷在滑阀内部构件上的应用提供了理论依据。关键词：激光熔覆，钻基合金，组织与性能，高温氧化，高温冲蚀InvestigationoftheMicrostructuresandPropertiesofLaserCladdingCo--basedCeramic--metalCompositeCoatingsXiongYun(MaterialScienceandEngineering)DirectedbyProf．WangYongAbstractSlidev

6、alvesofcatalysisfittingwereworkedinhightemperature(about700。C)fluegaswithcatalystparticles．Guidesandvalveplateofwhichwereusuallyfailureinthesevereenviroment．Theinternalswereoftenstrengthenedorrepairedbyhotsprayingorsurfacingtechnology,whichhadalotofadvantagsandsomeinsurmounta

7、bledisadvantages．5kWlaserwithC02flowtransversewasusedforcladdingStellite6／WCpowderon1Crl8Ni9Tistainlesssteelsurface．Theappropriateselectionoftheprocessparameterscanobtaindefect—freefinemicro—structures．BymeansofSEM，TEMandEDAX，theeffectofcladdingtechnologyonthemicrostructureso

8、fthelasercladdingcoatingswerestudied．Theresultindicatedthatthemicros