激光熔覆原位自生碳化物陶瓷增強鐵基表面復(fù)合材料的研究.pdf

1、激光熔覆是一種重要的材料表面改性技術(shù),也被稱作激光鍍覆或激光表面硬化。它是以高能密度的激光為熱源在基材表面熔覆一層熔覆材料,使之與基材實現(xiàn)冶金結(jié)合,在基材表面形成與基材具有完全不同成分和性能的合金層的表面改性方法。獲得的熔覆合金材料自身具有較好的耐侵蝕、耐腐蝕、耐磨損性能以及基材所欠缺的使用性能。
　　原位自生工藝是近年來發(fā)展的一種制備復(fù)合材料的新技術(shù),它是利用熔融的液態(tài)金屬與高反應(yīng)活性的非金屬氣相或固相,在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成

2、細(xì)小彌散的陶瓷增強相,并與基體金屬形成緊密的結(jié)合。原位自生得到的增強體在熔體內(nèi)反應(yīng)生成,具有尺寸小、界面潔凈無污染、熱穩(wěn)定性好以及與基體界面相容性好等許多特點。
　　本文通過激光熔覆與燃燒合成技術(shù)的結(jié)合,以45號鋼為基體,成功制備碳化物陶瓷增強鐵基表面復(fù)合材料。采用添加稀土元素等措施細(xì)化晶粒,借助控制有效碳含量等方法提高增強相的體積分?jǐn)?shù),經(jīng)過建立數(shù)學(xué)模型和多次試驗得到了能夠獲得平整熔覆層的試驗參數(shù),利用X射線分析等研究手段,揭示碳

3、化物增強相原位自生機理。
　　通過激光熔覆原位自生的方法分別制備了碳化物陶瓷增強相以及復(fù)相碳化物增強相的熔覆涂層,并改進(jìn)了試驗參數(shù)。結(jié)果表明:涂層主要由碳化鎢與碳化鉻組成。W與C的存在形式有WC、Fe3W3C與W2C,Cr與C的存在形式以Cr7C3為主。通過SEM分析,碳化物的形貌有網(wǎng)絡(luò)狀、塊狀、魚骨狀、包狀枝晶等。對激光熔覆原位自生碳化物陶瓷增強相和復(fù)相碳化物陶瓷增強相的制備工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。
　　通過加入稀土氧化物的方

4、法來研究晶粒的細(xì)化行為。得到的熔覆層中存在大量網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)均勻且致密,經(jīng)過SEM、XRD、EDS和AFM的分析,表明由碳化物陶瓷增強相組成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為三維結(jié)構(gòu)。加入稀土氧化物后能很好細(xì)化、均勻組織,提高熔覆層的顯微硬度。
　　對熔覆層力學(xué)性能的分析表明:熔覆層顯微硬度值較基體有顯著提高,從表面到基體呈平穩(wěn)過渡的梯度分布;涂層強化機制主要有細(xì)晶強化、硬質(zhì)相彌散強化、過飽和固溶強化及位錯堆積強化等;生成的復(fù)合材料耐磨性明