磁场辅助激光熔覆制备Ni60CuMoW复合涂层.pdf

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1、第24卷第12期强激光与粒子束Vo1．24，No．122012年12月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSDec．。2O12文章编号：1001-4322(2012)12-2901—05磁场辅助激光熔覆制备Ni60CuMoW复合涂层刘洪喜，纪升伟，蒋业华，张晓伟，王传琦(昆明理工大学材料科学与工程学院，昆明650093)摘要：采用磁场辅助激光熔覆技术，在Q235钢表面制备了Ni60CuMoW复合涂层，借助SEM，EDS和XRD等表征手段对涂层进行了微观组织和物相分析，利用维氏硬度计测试了复合涂层截面的显微硬度分布，通过摩擦磨损实验和电化学

2、测试系统研究了复合涂层的磨损性能和耐腐蚀性能。研究结果表明：涂层主要由y-Ni，Cu)固溶体、硅化物和硼化物组成，Cr3si晶粒细化且均匀致密；磁场辅助作用下，激光熔覆涂层平均显微硬度达到913HV，为无磁场辅助涂层的1．5倍，磨损失重仅为无磁场涂层的36％，自腐蚀电位上升了100mV，腐蚀电流密度降低了7O，耐磨耐蚀性能得到了显著改善。关键词：激光熔覆；复合涂层；磁场；微观组织；力学性能中图分类号：156．99文献标志码：Adoi：10．3788／HPLPB2O122412．2901激光熔覆是以高能密度激光束为热源，在基材表面熔覆一层与基材具有完全不同成分和

3、性能合金涂层的表面改性技术_1]，可以在基材表面获得具有优异力学性能和耐磨、耐蚀性能的表面改性涂层]，以达到局部修复或整体强化基材的目的，进而提高其使用寿命和表面综合性能_7。。。。但激光熔覆过程中，熔覆层内裂纹控制是非常棘手的问题，国内外的大量研究表明，熔覆层中的残余应力是引起裂纹的主要原因_1¨j。近年来研究表明，随着磁控技术的不断发展，通过电磁搅拌作用，可以改变凝固结晶方向、细化晶粒组织、减少或消除裂纹的产生El421]。基于此，本文采用磁场辅助激光熔覆技术在Q235钢表面制备了耐磨耐蚀Ni60CuMoW复合涂层，分析了磁场条件对激光熔覆层凝固结晶微观组

4、织结构、摩擦磨损性能和耐腐蚀性能的影响，以期为磁场辅助作用下激光熔覆复合涂层微观形貌的改善及其表面综合性能的进一步优化提供理论基础和实验依据。1实验方法基材为Q235钢，激光熔覆前机加工成100mmx40miD_X6mm的试样，表面经除锈、除油、打磨处理后，再用丙酮清洗。熔覆层材料为Ni60CuMoW合金粉末，其粒度为5O～100m。自制磁场装置如图1所示，磁场方向垂直于激光熔覆扫描方向。采用交流电激磁，被熔覆试样放置在线圈中间。激光熔覆单道Ni60CuMoW复合涂层在GS-TFL-6000型横流多模CO。激光器上完成，经工艺优化后的Fig．1Schemati

5、cofmagneticfieldandlasercladding参数为：激磁电流7A，激光功率3．5kw，扫描速度250图1磁场辅助激光熔覆示意图mm／min，离焦量60mm，光斑直径6mm，同步送粉的送粉量30g／rain。熔覆前粉末置于干燥箱中，100℃下烘干2h。熔覆过程中连续通氩气保护熔池，以防止熔池内液态金属被氧化，气流量10L／h。激光熔覆后，沿垂直于激光扫描方向切取金相试样，尺寸为10mii1×10mm×6mm，经打磨抛光后用王水(体积比V。：Vl一1：3)腐蚀。采用XL30ESEM—TMP型扫描电镜和Rigaku—TTRIII型x射线衍射仪对涂

6、层进行显微组织观察和物相分析；借助HVS一1000A型微氏硬度计测试涂层截面的显微硬度分布，载荷5N，持续时间15S。磨损实验在MMU一5G型屏显式高温摩擦磨损试验机上完成，试样尺寸4miD_×61Tim。对磨副为GCrl5钢，尺寸~43miD．×5mm，载荷300N，转速100r／min，加载时间60min。试验前后把试样浸人*收稿日期：2012—01—30；修订日期：2012-03—20基金项目：国家自然科学基金项目(51165015)；云南省自然基金项目(2008ZC021M)作者简介：刘洪喜(1972一)，男，博士，教授，主要从事离子束和激光束表面改性

7、的研究；piiiliuhx@sina．com。强激光与粒子束第24卷在循环载荷作用下，磨粒作用在涂层表面上的力P可分解为法向力N和切向力T(如图8)。法向力N使磨粒压入涂层表面并形成压痕，切向力T使磨粒沿摩擦方向向前推进，对涂层进行切削和挤压，压痕沿切向力方向延伸，最终在涂层表面形成较浅犁沟r2。在磨粒磨损过程中，切应力在接触点前方为压缩应力，后方为拉伸应力[2。磨屑在摩擦力作用下沿摩擦方向被碾压，其前部受压，后部受拉，磨屑在拉压作用下破碎成更小的磨屑，当涂层受到更多磨粒作用时，就会把堆积起的磨屑重新压平，也能使已变形的区域在磨粒切削作用下剥离。在磨损过程中，

8、因加工硬化使材料变脆，此过程反复Fig