低裂紋敏感性高可靠激光熔覆Ni基復合粉末設(shè)計及其性能研究.pdf

1、激光熔覆技術(shù)作為再制造工程中的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)開展了廣泛的研究，熔覆材料直接決定了熔覆層的性能，Ni基粉末是三大合金粉末體系中最具性價比的一種熔覆層材料，已廣泛應(yīng)用于耐磨、耐蝕、耐沖擊等多種工況下零件的表面強化與修復。然而，熔覆層裂紋缺陷使Ni基粉末的應(yīng)用受到限制，采用工藝優(yōu)化策略可以減少熔覆層裂紋產(chǎn)生，但存在一定的局限性。針對現(xiàn)有激光熔覆專用粉末研究較少的現(xiàn)狀，本文基于材料學理論進行分析并通過大量的實驗研究，研究一種低裂紋敏感性高可靠Ni

2、基復合粉末材料，在可靠的激光熔覆層材料方面進行了有益探索。
　　首先，對熔覆層裂紋的產(chǎn)生以及控制機理進行研究與分析。采用無損探傷劑檢測熔覆層裂紋，運用數(shù)碼體式顯微鏡對熔覆層的稀釋率、對基體的潤濕性進行測試，顯微組織由數(shù)碼金相顯微系統(tǒng)觀測與記錄，維氏顯微硬度計測試熔覆層硬度，選用萬能摩擦磨損實驗機對熔覆層耐磨性進行研究，對測試結(jié)果進行比較分析。
　　然后，選用常用的Ni基和Co基合金粉末進行激光熔覆實驗，針對大功率下熔覆層研究

3、的缺失進行補充，著重開展了大功率參數(shù)下兩種粉末熔覆層的表面質(zhì)量、稀釋率、裂紋敏感性、顯微組織、顯微硬度以及耐磨性的對比研究，并找出現(xiàn)有熔覆粉末的不足之處。研究結(jié)果表明Ni基粉末比Co基粉末擁有更高的熔覆層硬度以及耐磨性，在P=3500W，v=360mm/min的參數(shù)下可以獲得無裂紋缺陷的熔覆層;Co基熔覆層只在火口處出現(xiàn)裂紋，而熔覆層主體部分不出現(xiàn)裂紋。但二者都無法達到基體的性能要求。考慮到Ni基粉末成本更低，通過強化以及成分改進，適合

4、作為機械裝備再制造的熔覆層材料。
　　進一步，使用P=900W，v=360mm/min的工藝參數(shù)研究CeO2，Y2O3，Cr的不同添加量對于熔覆層性能的影響，實驗結(jié)果表明添加5％的CeO2可以降低熔覆層的裂紋敏感性、提升表面硬度;添加Y2O3可以降低裂紋敏感性，但對熔覆層硬度以及表面質(zhì)量存在不良的影響，不適宜用來改進熔覆層性能;15％添加量的Cr可以明顯減小熔覆層的開裂傾向，同時不對基體性能產(chǎn)生不良影響。
　　基于晶界強化、

5、細晶強化、固溶強化機理設(shè)計了一種Ni基復合粉末，屬于Ni-Co-Fe-Cr-Si系材料，采用WC陶瓷相進行性能強化。對制備粉末過程進行了實驗研究，制備粉末的最佳轉(zhuǎn)速為175r/min，最佳混粉時間為50min。在多種功率下對不含WC的合金粉末進行熔覆實驗，熔覆層均不出現(xiàn)裂紋。在P=1200W，v=360mm/min的工藝參數(shù)下分別進行了WC含量為0％，10％，30％，50％和75％的實驗研究，結(jié)果表明30％是WC的最佳含量，此時是熔覆層