強激光作用下納米復(fù)合涂層的組織性能與應(yīng)用研究.pdf

1、隨著納米技術(shù)的發(fā)展，利用納米材料的優(yōu)異特性，以各種納米粉末為原料，通過熔覆、鍍覆、氣相沉積等方法構(gòu)筑納米結(jié)構(gòu)涂層正成為新材料開發(fā)及表面工程領(lǐng)域中的一個研究熱點。在不改變材料整體性能的前提下通過在材料表面制備高性能的納米涂層，不僅經(jīng)濟而且能夠大大提高材料的耐磨性能和使用壽命。
　　 本文采用大功率CO2激光器，以2Cr13不銹鋼和碳鋼為基體，進行了激光熔覆納米復(fù)合涂層的實驗，研究了在強激光作用下，鎳包納米氧化鋁復(fù)合涂層、碳納米管復(fù)

2、合涂層以及納米氧化鋁復(fù)合化學(xué)硬化鍍層的組織和性能轉(zhuǎn)變，探討納米材料的存在形式和強化方式，以及各種工藝參數(shù)對涂層性能的影響。本文利用高能激光束快速加熱和冷卻的特點，控制晶粒長大，制備了性能優(yōu)越的納米結(jié)構(gòu)涂層，并把該涂層技術(shù)應(yīng)用于輪機葉片和刀具制造中。
　　 分析研究結(jié)果表明，經(jīng)過高能量激光快速作用后，各納米材料(Al2O3/Ni，CNTs碳纖維，WC)都起到著不同的強化作用，納米相的彌散強化，固溶強化以及激光快速熔凝造成的晶粒細化

3、等是涂層強化的主要原因，在此基礎(chǔ)上，不同納米材料的復(fù)合體現(xiàn)出自身的特點：
　　 (1)以2Cr13為基體的Al2O3/Ni復(fù)合涂層，在優(yōu)化的30％Al2O3，4kW，10m/min，3～4×104W/cm2的條件下，納米Al2O3分布在細晶內(nèi)強化涂層，涂層硬度HV0.2700，耐磨損性能比淬火態(tài)基體提高了1.25倍。
　　 (2)以碳鋼為基體的碳納米管涂層，多數(shù)碳納米管都溶入表面熔融層中，形成Fe3C、Fe5C2以共晶和

4、過共晶形態(tài)出現(xiàn)，與石墨相比碳納米管對基體的增碳效應(yīng)顯著，涂層表面的顯微硬度HV0.2800～HV0.2850，耐磨性能比45鋼基體高出2～3倍。
　　 (3)以2Cr13為基體的納米WC涂層，在激光作用下可獲得70～75nm納米晶結(jié)構(gòu)，熔覆層硬度高達HV0.21758，磨損性能比淬火態(tài)基體提高了2.5倍。
　　 (4)以2Cr13為基體的納米Al2O3化學(xué)復(fù)合沉積涂層，在低功率密度的激光束作用下，體現(xiàn)為激光熱處理晶化處理

5、方式，鍍層硬度達到HV0.21280，與基體結(jié)合狀態(tài)沒有改變；而在高功率密度的激光束作用下，體現(xiàn)為激光重熔晶化處理方式，晶粒度為21.8～31.8nm，鍍層與基體呈冶金結(jié)合，表層硬度為HV0.2865，耐磨損性能比淬火態(tài)基體提高了2倍以上。
　　 用上述方法制備的納米強化涂層在輪機關(guān)鍵部件葉片和刀具上使用，通過裝機實測，使用壽命提高一倍以上。該技術(shù)的實用化嘗試證明，該技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，與相比其他方法，激光強化納米涂層相比其他納米