激光熔覆+重熔制備Fe基非晶納米晶涂層的形成機(jī)制與性能研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，對(duì)機(jī)械金屬表面的要求越來(lái)越高，尤其是材料的磨損性能，如何在廉價(jià)的基體表面獲得優(yōu)質(zhì)的涂層一直是材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。利用Fe基非晶合金的優(yōu)異性能在一般低碳鋼表面制備Fe基非晶納米晶復(fù)合涂層，使得在獲得高性能材料表面的同時(shí)控制了材料使用的成本，也使傳統(tǒng)材料的應(yīng)用得到了極大的延伸。但是由于Fe基非晶制備的困難性，使得在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都無(wú)法獲得大尺寸的Fe基非晶涂層。隨著近來(lái)大功率激光器和激光材料加工技術(shù)的發(fā)展，使得利

2、用激光制備大面積的Fe基非晶納米晶復(fù)合涂層成為可能。
　　 本文通過(guò)大功率CO2激光重熔塊體非晶合金的方法確定了適合激光熔覆的合金體系，在激光功率為14kW、掃描速度為8m/rain時(shí)利用激光熔覆+重熔工藝成功制備了Fe-Ni-B-Si-Nb非晶納米晶復(fù)合涂層，研究了體系中Si含量對(duì)合金涂層非晶形成能力的影響，結(jié)果表明：在Si含量為18％時(shí)，涂層具有最大的非晶形成能力；另外，增加基體的冷卻速度可以增加涂層中的非晶含量和減小晶相的

3、尺寸。在此體系中，Nb元素以鈮鐵的形式加入比以純鈮的形式更能提高涂層的非晶形成能力，且Nb元素的含量應(yīng)當(dāng)控制在2%-4%之間。
　　 基于快速凝固理論，從凝固組織形態(tài)和凝固溶質(zhì)分配系數(shù)兩方面探討了熔覆層組織形態(tài)和合金元素成分分布對(duì)激光重熔非晶化的影響機(jī)制：熔覆層晶粒越細(xì)、組織越均勻越有利于形成非晶；細(xì)小的等軸晶比柱狀晶更有利于形成非晶。添加溶質(zhì)元素Mo,W和Y后，熔覆層組織形態(tài)由柱狀枝晶向等軸晶轉(zhuǎn)變，控制溶質(zhì)元素的含量可以控制熔

4、覆層中等軸晶的數(shù)量，可以獲得全部等軸晶組織的熔覆層。
　　 在Fe31Ni31SilsBlsNb2合金中分別添加了Mo、W和Y對(duì)熔覆層進(jìn)行細(xì)化和等軸晶化，獲得了全部等軸晶組織的熔覆層；并研究了合金元素對(duì)非晶納米晶復(fù)合涂層的相結(jié)構(gòu)、組織形貌和力學(xué)性能的影響規(guī)律，確定了這些合金元素的合適添加范圍：2%Mo，1.5%W，2%Y（純釔）和1.5%Y（稀土釔基硅鐵），此時(shí)涂層具有最大的非晶形成能力。
　　 Fe32Ni32Si18

5、B18Nb2、Fe31Ni31Si18B18Nb2和Fe30Ni30Si20B18Nb2三種涂層中， Fe31Ni31Si18B18Nb2涂層具有最高的硬度、最高的彈性模量、最小的壓入最大深度和最小的卸載后位移，具備最好的抵抗塑性變形的能力。添加合金元素后，涂層中微觀力學(xué)性能有一定的變化：在純釔時(shí)Y含量為2%時(shí)其硬度和彈性模量都最低；在W元素含量為1.5%時(shí)，其硬度和彈性模量都最高。對(duì)幾種涂層的總變形能、彈性變形能、塑性變形能和η值的計(jì)

6、算表明，涂層的硬度越高，其抗塑性變形的能力就越強(qiáng)，總變形量也越小且彈性應(yīng)變能也越高。對(duì)W含量為1.5%和Y（稀土硅鐵）含量為1.5%的涂層進(jìn)行點(diǎn)陣測(cè)試，結(jié)果表明在添加W元素的涂層中，其硬度分布是不均勻的。添加稀土釔基硅鐵后，涂層中的硬度和彈性模量的分布比添加W要均勻。
　　 在三種涂層中，F(xiàn)e30Ni30Sil8B18Nb2合金涂層的平均摩擦系數(shù)最小，F(xiàn)e32Ni32Si16B18Nb2的次之。在Fe30Ni30Si18B18N