激光熔覆原位合成NiAl-Al基復(fù)合涂層研究.pdf

1、NiAl金屬間化合物具有密度低、導(dǎo)熱性能好、熔點(diǎn)高和在高溫時(shí)具有良好的抗氧化性等特點(diǎn)，常常作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體，因此，它被廣泛的應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域，作為高溫結(jié)構(gòu)材料以及復(fù)合涂層材料。
　　本文運(yùn)用激光熔覆技術(shù)在Q235鋼表面制備了NiAl/Al基原位復(fù)合涂層，根據(jù)DSC和XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合理論計(jì)算研究了Ni-Al系原位自生反應(yīng)的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)；采用光學(xué)顯微鏡和XRD方法分析了復(fù)合涂層的微觀結(jié)構(gòu)和物相組成，并利用多功能表面測(cè)試儀及

2、磨損試驗(yàn)機(jī)表征了復(fù)合涂層的耐磨性能，得出以下結(jié)論：
　?。?）通過熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析，Ni-Al系中原位自生反應(yīng)生成的金屬間化合物主要為：NiAl、Ni3Al、NiAl3和Ni2Al3。根據(jù)吉布斯自由能 TΔGθ的計(jì)算結(jié)果,金屬間化合物的熱力學(xué)穩(wěn)定性由低到高分別為：NiAl→Ni3Al→NiAl3→Ni2Al3。當(dāng)溫度T=893K時(shí)，原位自生反應(yīng)生成了NiAl3相，隨溫度的升高NiAl3向富鎳區(qū)擴(kuò)散；當(dāng)T=1138K時(shí)，最終生成

3、NiAl和Ni2Al3相。Ni-Al系原位自生反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程是：熔融、擴(kuò)散、反應(yīng)、結(jié)晶。反應(yīng)物的組成會(huì)改變?cè)蛔陨磻?yīng)進(jìn)行的方向和反應(yīng)速率；減小 Al粉末顆粒尺寸可以提高原位自生反應(yīng)的速率；升高溫度，原子的布朗運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，因此提高了原位自生反應(yīng)的可能性。
　?。?）復(fù)合涂層的微觀結(jié)構(gòu)由熔合區(qū)到復(fù)合涂層表面呈現(xiàn)逐漸細(xì)化的現(xiàn)象?？拷w材料部分的微觀結(jié)構(gòu)為胞狀樹枝晶，隨著與基體材料距離的增加，其微觀結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶，微觀結(jié)構(gòu)的生長

4、方式依次為：胞狀樹枝晶-樹枝晶-等軸晶。
　?。?）隨著激光功率和掃描速度增大，復(fù)合涂層的磨損率具有最小值，其最小值為1.2‰(激光功率：500W，掃描速度：8mm/s，光斑直徑：1mm)。復(fù)合涂層的磨損機(jī)制主要表現(xiàn)為粘著磨損和磨粒磨損。在復(fù)合涂層熔合區(qū)，產(chǎn)生了裂紋，裂紋的擴(kuò)展方向垂直激光掃描速度方向，并且不斷延伸，這是因?yàn)閺?fù)合涂層和基體材料的熱膨脹速率與收縮速率不一致，而產(chǎn)生了殘余應(yīng)力，當(dāng)復(fù)合涂層的強(qiáng)度極限小于該殘余應(yīng)力時(shí)，就出