钴基合金及其纳米复合材料激光熔覆涂层研究

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1、摘要钴基合金及其纳米复合材料激光熔覆涂层研究‘摘要在Ni基高温合金表面，激光熔覆钻基合金及其纳米氧化物颗粒复合材料涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜及XRD分析了熔覆层的组织结构。对熔覆层的硬度、耐磨性和高温抗氧化性等性能进行试验。研究了激光工艺参数、粉末供给方式、多道搭接、多层熔覆、基体、预热状态以及纳米材料的加入等对熔覆层的组织与性能的影响，结果如下。Stellite6，H§gan§s(HMSP2528／2537)合金熔覆层主要组成相均为y—Co，Cr23C6，HMSP2537合金涂层中出现了亚稳相C03W9c4；CoN

2、icrAlY合金熔覆层的组成相为y—Co、Ni2Y和CrsNi2SiC等。Ni基合金熔覆层界面区宽且不规则，未出现45钢基体与熔覆层界面的平面结晶，向中心过渡为垂直于界面胞状晶、柱状枝晶等多种形态：熔覆层的近自由表面的结晶方向与激光扫描速度方向平行。随激光输入功率增大，基体溶入较多，且部分未完全熔化的颗粒在熔池中作为现成表面。使界面凝固形态发生变化。单层熔覆层组织细小致密，预热、搭接、多层熔覆的组织较粗大；在搭接、多层熔覆的界面区，发现重熔区界面部分晶粒的结晶方向继承了第一道的结晶方向，树枝晶的生长受择优取向的影响比热流的影响大。

3、加入纳米A120¨Y203的复合材料熔覆层中，凝固组织一次枝晶间距均得到细化：所加入的纳米增强颗粒较均匀地分布于熔覆层中，纳米颗粒的加入促进了向平衡相s．Co的转变，且有新相形成(CoAl204)，亚结构由位错转变为层错；发现Y203、Cr23C6与y．co晶格错配度很小。应尽量避免纳米颗粒的长大及局部团聚现象。纳米材料的加入，熔覆层的硬度和耐磨性提高，当加入量为3％时，耐磨性反而下降。熔覆层的抗氧化性能比基体高，CoCrNiAIY合金熔覆层在l100℃时的抗氧化性能比HMSP2528，2537合金高，但其在l300℃时抗氧化性能

4、明显下降，而且表面出现少量熔化现象。建立相关模型，对熔覆层凝固组织随工艺参数变化、复合材料熔覆层中颗粒均匀分‘中韩政府间国际合作项目(2002009)：安徽省“十五”科技攻关项目(01012026)东南大学博士学位论文布等机理进行探讨。在滑(垫)块表面熔覆Sellite6及HMSP2537合金熔覆层已用于钢坯加热炉，效果良好。关键词：激光熔覆；钴基合金：纳米氧化铝／氧化钇；复合材料涂层IIAbstraetStudyonLaserCladdingCobaltBasedAlloyandIt’SNano-compositeCoating

5、sABSTRACTCo—basedalloyanditsllano—oxide(nano—Y203／A1203)compositecoatings，depositedonNi-basedsuperalloysubstratebylasercladdingareintroduced．Cross—sectionandlongitudinalsectionofsingletrack，multi—track，singleandmilti—layerofthecoatingshavebeenexaminedtorevealmicrostru

6、ctureandphasecompositionusingopticalmicroscope，scanningelectronmicroscope(SEM，includingEDSmicroanalysis)，transmissionelectronmicroscope(TEM)andx-raydiffractioninstrument(XRD)．Microhardnessprofile，wearandoxidationresistanceofthecoatingswerealsotested．11leinfluencesofpa

7、rametersonmicrostructureandpropertiesofthecoatingswerealsostudied，suchaslaserprocessingparameters，meansofpowdersupply,multi-trackandmulti—layercoatings，preheatingandllanO-materialsaddition，etc．Theresultsshowedthattherewereprimaryphase(r-Co)andeutectic0一Co+Cr23C6)inthe

8、coatingsofStellite6andH69aniis(HMSP2528／2537)andun—equilibriumphase(C03W9C4)wasobservedinHMSP2537coatings．y-Co，NizYandCraNi2