激光重熔等离子喷涂铁基非晶合金涂层的组织和性能研究

论文摘要

本文首先采用等离子喷涂技术制备了含Fe、W、Cr、Mo、Ni、Si、B的Fe基非晶合金涂层,然后在具有相同厚度300μm不同孔隙率涂层上通过优化重熔工艺制备了致密度高、无裂纹缺陷的冶金结合的合金区。利用显微硬度计、金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪等分析测试设备对重熔层的组织结构与性能进行了研究。以重熔层的合金区高度作为指标,研究了激光重熔工艺参数对合金区组织性能的影响。在此基础上设计正交试验,获得最优工艺参数为:选用喷涂态涂层孔隙率最小为1.19%的涂层,激光功率700W,扫描速度4mm/s,光斑直径3mm。对应的合金区高度为233.9μm,稀释率为5.3%。制备了形貌美观,具有良好冶金结合的重熔层。喷涂态涂层在激光高功率密度下,经历了高温熔化快速凝固的过程,以及多道重熔后热处理的过程,消除了涂层的扁平粒子搭接结构,形成了致密的合金区熔池形貌。熔池呈典型的快速凝固组织。熔池与基体结合处由于较大的温度梯度形成了光亮的结合带,近结合带处晶体快速长大呈树枝状外延生长的形貌,合金区中部和上部分别形成网状和蜂窝状的组织形貌。通过XRD物像标定、EDS元素分析,合金区中组织由涂层的非晶相全部转变为晶化相。晶化相为组织复杂的多相组织。仍然保留了涂层中原有的α-Fe相,还有新生成的立方晶系的[Fe,Ni]固溶体相、Ni- Cr-Fe相,以及Fe2Si、Fe3.5B、和Laves相Fe2W。经测定,单道重熔合金区硬度与重熔前非晶涂层硬度相比,没有显著变化。单道重熔合金区硬度与基体的稀释率的负相关性明显,即稀释率越高,合金区硬度越低。多道重熔由于后热效应的影响,第二道对第一道的热处理使得前道晶粒细化,硬度显著升高至870HV0.1。第二道由于基体的稀释作用加大,硬度略有下降至720HV0.1左右。但是随着第三道的扫描加热,第二道又有所回升。因此,可以制得硬度较喷涂层高的有广泛实际应用意义的重熔合金区。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 热喷涂技术
• 1.2 等离子喷涂
• 1.3 非晶合金及其晶化
• 1.4 激光重熔的研究现状与发展方向
• 1.4.1 激光重熔的研究现状
• 1.4.2 激光重熔的研究发展方向
• 1.5 激光重熔基础理论的研究
• 1.5.1 激光重熔的含义
• 1.5.2 激光重熔的稀释率
• 1.5.3 激光快速凝固原理
• 1.5.4 激光重熔熔池的对流机制
• 1.6 激光重熔涂层的工业应用
• 1.7 本课题的选题背景、意义及主要研究内容
• 第二章 实验条件及前期准备
• 2.1 Fe 基非晶合金粉末
• 2.2 等离子喷涂非晶粉末
• 2.3 Fe 基非晶合金涂层的组织结构和物理性能
• 2.4 激光重熔实验条件
• 2.5 激光重熔层性能测试方法
• 2.5.1 外观评价
• 2.5.2 金相宏观形貌观察
• 2.5.3 重熔层微观组织形貌观察
• 2.5.4 重熔层的相组成分析
• 2.5.5 合金层高度的测量
• 2.5.6 合金层显微硬度的测量
• 2.5.7 合金层稀释率的估算
• 2.6 本章小结
• 第三章 激光重熔Fe基非晶合金涂层
• 3.1 重熔工艺参数的正交实验
• 3.2 正交试验结果
• 3.3 正交实验结果极差分析
• 3.4 显微硬度的补充实验
• 3.5 重熔层显微硬度的影响因素
• 3.6 本章小结
• 第四章 Fe基非晶合金重熔层组织结构与性能分析
• 4.1 激光重熔区的组织形态分析
• 4.2 重熔参数对合金区组织形态及性能的影响
• 4.2.1 激光功率对合金区组织形态及性能的影响
• 4.2.2 激光扫描速度对合金区组织成分的影响
• 4.3 多道重熔
• 4.3.1 组织分析
• 4.3.2 单道重熔与多道重熔的显微硬度
• 4.3.3 多道重熔的影响因素
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢