激光熔覆Fe17Mn5Si10Cr5Ni記憶合金涂層及其組織與性能研究.pdf

1、隨著船機修造領域新材料、新技術、新工藝的不斷發(fā)展，先進制造技術為載運工具構件使用壽命的提高、磨損及腐蝕件的修復提供了新的可能性。為了提高金屬表面的耐蝕性和耐磨性，本文采用激光熔覆技術在45鋼表面制備了304不銹鋼涂層和304不銹鋼/Al2O3復合涂層，并對其工藝及組織與性能進行了研究。研究結果表明，這種復合涂層存在較大的殘余應力，易導致涂層的開裂敏感性增大。為降低或消除涂層殘余應力，本文運用Fe-Mn-Si形狀記憶合金中γ→ε馬氏體相變

2、釋放殘余應力原理，設計了一種Fe17Mn5Si10Cr5Ni形狀記憶合金成分，采用激光熔覆技術在304不銹鋼表面成功地制備了具有低殘余應力和較好的抗開裂敏感性的形狀記憶合金涂層，并在以下幾個方面開展了研究工作。
　　當光斑直徑為3mm、掃描速度為600～1000mm/mm、激光功率為2～3 kW、搭接率為50％時，所制備的304不銹鋼涂層表面平整，耐蝕性較好。在此基礎上，將Al2O3(含量分別為5wt.％、10wt.％、15wt.

3、％)粉末添加到304不銹鋼涂層中，制備了304不銹鋼/Al2O3復合涂層。結果表明，復合涂層內部基體組織由奧氏體和鐵素體雙相組成，涂層自熔池底部到表面分別由平面晶、胞狀晶、樹枝晶以及等軸晶組成。熱影響區(qū)由細小馬氏體和細小鐵素體組成;相對于304不銹鋼涂層，復合涂層顯微硬度高，耐磨性好，耐蝕性略遜于304不銹鋼涂層，但遠優(yōu)于45鋼基材;隨著Al2O3硬質顆粒添加量的增加，涂層表面平整度降低，硬度有所提高，耐磨性及耐蝕性無明顯變化。研究結果

4、還表明，復合涂層具有較大的殘余應力，造成涂層的開裂敏感性增大。
　　Fe17Mn5Si10Cr5Ni記憶合金涂層的制備工藝表明，激光熔覆過程中，粉末材料中的Mn和Si元素燒損量較大，導致其在涂層中的含量大大降低，而304不銹鋼基材中的部分Cr和Ni原子會進入熔覆層，導致其在涂層中的含量增加。試驗選定Mn∶Si∶Cr∶Ni∶Fe=32∶9∶4∶3∶Bal.（wt.％）混合粉末成分配比，采用光斑直徑3mm、功率2 kW、掃描速度600

5、mm/min、搭接率50％的激光熔覆工藝，可成功地在大氣環(huán)境中制備具有形狀記憶效應的Fe17Mn5Si10Cr5Ni合金涂層。
　　Fe17Mn5Si10Cr5Ni記憶合金涂層自熔池底部到表面分別由平面晶、胞狀晶、樹枝晶以及等軸晶組成;記憶合金涂層由γ奧氏體相和ε馬氏體相組成，經1000℃×1h固溶后，涂層只存在粗大的γ奧氏體相。往復摩擦試驗及接觸疲勞試驗表明:與304不銹鋼基材相比，記憶合金涂層具有更好的耐磨性和接觸疲勞特性，F(xiàn)

6、e-Mn-Si記憶合金涂層在摩擦應力作用下發(fā)生的γ→ε馬氏體相變及其產生的相變變形，可抑制滑移變形和位錯的形成與擴展，是導致其具有較高的接觸疲勞強度和耐磨性的主要原因。殘余應力誘發(fā)的γ→ε馬氏體相變及其相變變形可松弛熔覆層中的殘余應力，進而減小記憶合金涂層的開裂敏感性及工件的變形。
　　與304不銹鋼相比，F(xiàn)e17Mn5Si10Cr5Ni記憶合金涂層應力松弛率較高。當預變形量增大時，涂層應力松弛率減小，停載時間為0～5 min時，