论文部分内容阅读
激光熔覆作为一种表面强化技术,对材料表面改性方面起着尤为重要的作用。激光熔覆技术的优势为在现有的廉价材料表面获得微结构,从而改变其组织结构,提高其性能,使其具有良好的应用前景。采用强度高、硬度高、玻璃形成能力强以及机械性能优异的Zr46Cu46Al8大块金属玻璃作为基体材料,同时采用Zr46Cu46Al8非晶粉体作为熔覆材料,开展激光重熔对Zr46Cu46Al8熔覆层的组织结构、热力学稳定性、显微硬度以及耐磨性的研究,为促进大块金属玻璃激光改性的工业应用奠定理论基础。采用铜模真空吸铸法制备Zr46Cu46Al8大块金属玻璃,采用高能球磨法制备Zr46Cu46Al8非晶粉体,通过正交实验法设计不同的实验参数,使用Nd-YAG激光器通过调整基体开槽深度、激光器电流大小以及激光扫描速率,在大气环境中进行激光重熔。利用XRD、SEM分析样品熔覆层不同区域的微观组织结构,用DSC研究大块金属玻璃、非晶粉体的晶化动力学以及熔覆层的热力学稳定性,用维氏显微硬度仪测量熔覆样品不同区域的显微硬度值,用摩擦磨损测试仪测试样品的摩擦系数,得到主要结论如下:（1）Zr46Cu46Al8块体金属玻璃的玻璃转变和晶化过程为一级晶化行为,且具有明显的动力学效应。不同球磨工艺对制备非晶粉体直接影响的效果大小为:球磨转速>球磨时间>球料比。（2）相同条件下,块体金属玻璃的晶化放热峰更尖锐更集中更强烈,且块体金属玻璃的Tg、Tx和Tp分别为712.9、778.6和786.5K普遍高于非晶粉体627.7、695.3和775.9K。Zr46Cu46Al8块体金属玻璃和非晶粉体的ΔTx分别约为65.6K和67.5K,皆具有较强的玻璃形成能力。（3）由KISSINGER方法和OZAWA方法计算得到的Zr46Cu46Al8块体金属玻璃的表观激活能Eg、Ex和Ep平均值分别为260.5 kJ/mol、307.8 kJ/mol和295.9kJ/mol均高于非晶粉体平均值对应为157.1kJ/mol、148.5kJ/mol和112.4kJ/mol。（4）Zr46Cu46Al8合金粉以及非晶粉激光熔覆出现的晶相大致相同主要为Al2Zr、AlCu、ZrCu以及AlCu2Zr相,但熔覆参数对熔覆层的组织结有较大的影响。在激光参数在熔覆层层开槽深度0.3mm、激光扫描速度250mm/min、激光电流为200A时,只有极弱的Al2Zr相以及ZrCu相晶态衍射峰出现,此时熔覆层内只有少量的晶态结构。（5）熔覆层开槽深度为0.35mm、扫描速度为500mm/min以及激光电流为140A时,Zr46Cu46Al8非晶粉和大块金属玻璃基体实现极为良好的冶金结合。（6）Zr46Cu46Al8合金粉激光熔覆层的热力学稳定性受激光熔覆参数影响较大,不同参数时样品DSC曲线具有较大的差别,而Zr46Cu46Al8非晶粉体熔覆层的热力学稳定性受激光熔覆参数影响较小,不同参数下样品DSC曲线区别不大,热力学参数值变化范围极小。（7）Zr46Cu46Al8合金粉体和非晶粉体熔覆区各样品的平均硬度分别约为659.7、610.2HV,普遍高于于基体硬度526.4HV,热影响区平均硬度分别约为496.8、471.7HV均比基体硬度值低。（8）摩擦滑速从300-500mm/min,基体摩擦系数从0.19增加到0.22。滑速为300mm/min时,Zr46Cu46Al8合金粉与非晶粉体熔覆层摩擦系数分别约为0.22和0.17。滑速为400mm/min时,Zr46Cu46Al8合金粉与非晶粉体熔覆层摩擦系数分别约为0.57和0.24。滑速为500mm/min时,Zr46Cu46Al8非晶粉体熔覆层摩擦系数为0.18.