【摘 要】
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随着科技的进步,机械零件表面改性技术在航空航天、船舶、石油化工设备、汽车、机加工装备等领域得到越来越广泛的应用。其中高硬度自熔合金涂层,凭借其较高的硬度和良好的耐磨性,在表面改性技术中得到广泛关注,但在激光熔覆制备高硬度自熔合金涂层时,往往因涂层易开裂的问题而制约该项技术的发展。本文针对这一问题,选取较为典型的高硬度自熔合金Ni60B作为研究材料,展开相关激光熔覆成形实验。通过实验并结合现有理论成
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随着科技的进步,机械零件表面改性技术在航空航天、船舶、石油化工设备、汽车、机加工装备等领域得到越来越广泛的应用。其中高硬度自熔合金涂层,凭借其较高的硬度和良好的耐磨性,在表面改性技术中得到广泛关注,但在激光熔覆制备高硬度自熔合金涂层时,往往因涂层易开裂的问题而制约该项技术的发展。本文针对这一问题,选取较为典型的高硬度自熔合金Ni60B作为研究材料,展开相关激光熔覆成形实验。通过实验并结合现有理论成果,对该类高硬度自熔合金材料开裂特征及开裂机理进行分析。根据涂层的开裂机理,采用不同开裂抑制方法展开裂纹抑制实验,观察不同方法的开裂抑制效果及对涂层组织性能的影响。主要研究内容及结论如下:(1)探索工艺参数对涂层开裂的影响规律,选取适当的工艺参数;观测样件断口及裂纹截面形貌,明确涂层开裂特征;从涂层物相组成及应力状态两个角度分析涂层开裂机理。结果表明,随着激光功率提升、扫描速度及涂层厚度下降,涂层开裂敏感性降低;Ni60B涂层裂纹属于冷裂纹范畴;Ni60B涂层的开裂机理,一方面是因涂层中上部含有大量分布不均的硬质析出相,在提升涂层硬度的同时也增大了涂层的脆性,另一方面是因温度梯度及热膨胀系数差异等因素导致涂层表面较大有较大残余拉应力。(2)在开裂机理指导下,采用预热、Ni元素掺杂和铺设过渡层的不同抑制方法展开裂纹抑制实验,研究预热温度、Ni元素掺杂质量分数和过渡层中Ni元素含量对涂层开裂的抑制效果及组织性能的影响。结果表明,随着预热温度的提升,涂层开裂敏感性降低,对涂层物相组成及显微硬度性能未产生明显影响;随着涂层中Ni元素掺杂质量的增加,涂层中韧性相占比不断扩大而硬质相数量及尺寸下降,涂层开裂敏感性降低,但显微硬度性能随之不断下降;随着过渡层中Ni元素含量的增加,过渡层及熔覆层中韧性相占比均随之提升而硬质相数量及尺寸下降,涂层开裂敏感性降低,涂层显微硬度性能也随之下降。(3)在上述不同抑制方法的基础上,采用预热加铺设过渡层的复合抑制方法对涂层性能进行优化,研究复合抑制方法对涂层开裂抑制效果、物相组成、显微硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明,在500℃预热条件下,过渡层中Ni:Ni60B质量分数比为4:6时,可实现涂层的无裂纹成形;此复合过渡方案制备的熔覆层含有大量的硬质析出相,使得复合抑制涂层的显微硬度(511 HV)与纯Ni60B显微硬度(524 HV)相近;复合抑制涂层的摩擦系数、磨损质量和磨损体积较基板分别下降5.4%、67.9%及77.2%。
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