激光亚微米陶瓷合金化涂层的组织及性能研究

论文摘要

本课题采用CO2激光器,以球墨铸铁作为基材,制备新型涂层材料进行合金化实验。研究激光合金化合适的工艺参数和影响因素,并自主研制开发激光合金化涂料,以达到理想的强化效果。利用扫描电子显微镜（SEM）,EDAX能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）以及高分辨透射电镜（TEM）等分析测试手段对合金化层的显微组织和物相构成进行了分析,并对合金化层进行了硬度和摩擦性能测试。采用牌号HG03的新型涂料,改变激光扫描速度（400mm/min-1000 mm/min）对球墨铸铁进行激光合金化实验,研究在涂层材料一定的条件下,激光扫描速度对合金化层组织及性能的影响。发现随着激光扫描速度的增加,合金化层组织逐渐致密细化,枝晶间距减小,合金化层的硬度和耐磨性也随着提高。在本实验条件下,当激光功率P=3kw,光斑直径D=5mm时,激光扫描速度以1000 mm/min为宜,所得到的激光合金化层性能较好。在激光加工工艺参数一定的条件下,采用牌号HG03、HG01、TH2A、AY涂料进行激光合金化实验,发现HG系列和TH2A涂料制备的激光合金化层表面较为平整,而AY涂料制备的合金化层表面形貌则较差。且HG系列涂料制备的合金化层硬度和耐磨性都较好。在HG01涂料基础上研发的HG03涂料合金化层拥有最小的摩擦系数和最低的磨损量,表现出优异的摩擦磨损性能,磨损率最小仅为基材球墨铸铁磨损率的1/9。新型碳化物的加入使合金化层的显微硬度和耐磨性都得到显著提高。其中陶瓷硬质相含量为0%的合金化层磨损量明显大于含量为20%、30%、40%的合金化层,但随着陶瓷硬质相含量的增加,磨损量变化不明显,陶瓷硬质相含量为20%、30%、40%的激光合金化试样磨损率都近似基材球铁磨损率的1/10。HG系列新型涂料在水钢和唐山加工站进行实际应用检测。水钢螺纹钢轧辊使用HG03型合金化涂料进行加工后,初轧和中轧的寿命提高了120%。采用HG03涂料在唐山加工站对H型钢进行激光表面合金化加工,精轧寿命提高了110%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 激光合金化技术的研究现状和发展趋势
• 1.3 激光合金化工艺的研究
• 1.3.1 激光合金化工艺的特点
• 1.3.2 激光合金化工艺的选择
• 1.3.3 激光合金化材料的选择
• 1.3.4 激光合金化层的组织结构分析
• 1.3.5 激光合金化目前存在的问题
• 1.4 选题背景及研究内容
• 第2章 实验材料及方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 基体材料
• 2.1.2 涂层材料
• 2.2 试验设备
• 2.3 实验过程
• 2.4 显微组织结构分析
• 2.4.1 金相试样的制备及观察
• 2.4.2 扫描电镜显微分析
• 2.4.3 合金化层的X 射线物相分析
• 2.4.4 合金化层的电子衍射分析
• 2.5 性能测试
• 2.5.1 显微硬度分析
• 2.5.2 耐磨性试验
• 第3章 激光合金化工艺与合金化层组织及性能研究
• 3.1 不同激光扫描速度处理的合金化层微观组织分析
• 3.2 合金化层的X 射线物相分析
• 3.3 合金化层物相的能谱及电子衍射分析
• 3.4 合金化层硬度及其磨损特性分析
• 3.4.1 合金化层的显微硬度
• 3.4.2 摩擦磨损试验结果分析及磨损机理探讨
• 3.5 本章小结
• 第4章 合金化材料成分与合金化层组织及性能研究
• 4.1 不同涂层材料成分的合金化层表面形貌分析
• 4.2 不同涂层材料成分的合金化层微观组织分析
• 4.3 合金化层的X 射线物相分析
• 4.4 合金化层硬度及其磨损特性分析
• 4.4.1 合金化层的显微硬度
• 4.4.2 摩擦磨损试验结果分析及磨损机理探讨
• 4.5 本章小结
• 第5章 陶瓷硬质相对合金化层组织及性能的影响
• 5.1 不同陶瓷硬质相含量的合金化层微观组织分析
• 5.2 合金化层的X 射线物相分析
• 5.3 合金化层中物相的能谱及电子衍射分析
• 5.4 合金化层硬度及其磨损特性分析
• 5.4.1 合金化层的显微硬度
• 5.4.2 摩擦磨损试验结果分析及磨损机理探讨
• 5.5 本章小结
• 第6章 激光合金化轧辊应用试验研究
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果