激光熔覆高耐蝕耐磨納米晶涂層的制備與性能研究.pdf

1、本文針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中的兩種重要零部件--盾構(gòu)機(jī)刀具和螺旋槳葉片進(jìn)行研究。首先利用激光熔覆技術(shù)，將Fe-Co-Si-B、Fe-Co-Ni-Si-B、Fe-Mo-Ni-Si-B三個(gè)涂層體系熔覆在中碳鋼表面，然后再采用激光重熔工藝對(duì)熔覆層進(jìn)行處理并成功獲得非晶-納米晶復(fù)合涂層。通過(guò)宏觀觀察、顯微組織分析、物相分析、硬度、耐腐蝕性、耐磨損性能等一系列分析測(cè)試，得出性能最優(yōu)的涂層體系；然后利用其優(yōu)異的耐磨損和抗腐蝕性能，在盾構(gòu)機(jī)刀具表面制備出Fe-

2、Mo-Ni-Si-B涂層，并研究其組織和性能。為了提高螺旋槳葉片在海水中的耐蝕能力，在其基體材料鎳鋁青銅（NAB）表面制備出Ni-Cr-Cu涂層，通過(guò)改變激光掃描速度，研究不同熱輸入對(duì)涂層組織和性能的影響，并得出耐蝕性最佳的激光工藝參數(shù)。
　　利用激光熔覆與重熔技術(shù)在中碳鋼表面成功制備出與基體呈良好冶金結(jié)合的Fe-Co-Si-B、Fe-Co-Ni-Si-B和Fe-Mo-Ni-Si-B三種涂層，并系統(tǒng)研究了涂層的組織與性能。激光重熔

3、之后，涂層的組織進(jìn)一步得到細(xì)化，獲得納米晶組織，非晶所占的比例也得到增加。涂層的顯微硬度約為45鋼的4~5倍。經(jīng)過(guò)激光重熔之后的重熔層硬度更高，都約達(dá)到1000HV0.2左右，其中Fe-Mo-Ni-Si-B這個(gè)涂層體系重熔層的顯微硬度是最高的，可達(dá)1120HV0.2。極化曲線和阻抗譜分析表明，與45鋼基體相比，合金體系的自腐蝕電位都正向移動(dòng)了400mV~500mV，涂層的腐蝕傾向大大減小。重熔處理前后的涂層相比，重熔后的涂層腐蝕電流密度

4、更小，表明重熔層的抗蝕性更優(yōu)。其中Fe-Mo-Ni-Si-B重熔層的耐蝕性最好，自腐蝕電位為-248.44 mV，自腐蝕電流密度為1.2763×10-6 Amps/cm2。Fe-Mo-Ni-Si-B涂層的磨損試驗(yàn)結(jié)果表明：激光熔覆和重熔處理后的涂層與基體相比，耐磨性能得到了極大的提高，尤其是激光重熔后的試樣，磨損性能與基體相比，提高了5倍左右。由物相分析和硬度分析可知，熔覆層和重熔層中含有大量的硬質(zhì)晶體相且晶粒較為細(xì)小，故涂層的耐磨損性

5、能與基體相比有很大提高。
　　取國(guó)產(chǎn)、進(jìn)口兩種不同的盾構(gòu)機(jī)刀片進(jìn)行失效分析研究，結(jié)果表明：盾構(gòu)機(jī)刀具在硬巖石中工作時(shí)，磨損機(jī)制為磨粒磨損和疲勞磨損，而且進(jìn)口刀片的耐磨損性更優(yōu)。根據(jù)刀具的磨損失效形式，結(jié)合刀具的工作環(huán)境，建議使用耐磨損、抗疲勞的冷作模具鋼LD。
　　通過(guò)激光熔覆技術(shù)在盾構(gòu)機(jī)刀具表面制備出Fe-Mo-Ni-Si-B涂層，所獲得的涂層能與基體結(jié)合良好且性能優(yōu)異。激光單道熔覆涂層和多道搭接熔覆層的自腐蝕電位與基體相

6、比分別正移了40mV、101mV，自腐蝕電流密度也有所下降，其中多道搭接熔覆層的Icorr最小，是9.7466×10-8 Amps/cm2，與刀具材料相比約提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。激光熔覆之后所得涂層的顯微硬度約為基體的2~3倍，其中多道搭接涂層的硬度最高，可達(dá)1200HV0.2。且涂層能夠顯著提高刀具的耐磨損性能，多道搭接涂層的磨損失重約為基體的1/5。
　　螺旋槳葉片材料鎳鋁青銅表面激光熔覆 Ni-Cr-Cu涂層，在不同的激光掃描速