激光熔覆原位反应生成TiC-VC增强铁基熔覆层的研究

论文摘要

在冶金、矿山、发电等行业中,存在严重的设备磨损问题,造成设备过早地损坏,消耗浪费了大量的能源、材料、人力等。在易磨损部件表面熔覆具有高硬度、高耐磨性的涂层成为这些领域修复部件、提高零件使用寿命的重要途径。本文将钛铁、钒铁、石墨等组分按一定比例混合均匀后预置在普通碳钢表面上,采用激光熔覆的方法,制备出原位合成TiC-VC增强的铁基熔覆层。采用透射电镜、电子探针、X射线衍射仪等测试手段及耐磨性试验,对熔覆层的微观组织结构和磨损性能进行了系统分析,讨论了合金粉末中钛铁、钒铁、石墨等的加入量对熔覆层组织及硬度的影响,并对熔覆层的耐磨机制进行了分析。钛铁、钒铁及石墨等组分配制的合金粉末,在激光的作用下,发生化学冶金反应,原位生成TiC-VC弥散分布的硬质相增强铁基熔覆层。本文研究了预置涂层厚度、激光熔覆功率、扫描速度、光斑直径以及多道熔覆时的搭接率等对熔覆层的成形和耐磨性能的影响。试验结果指出,当预置涂层厚度为1.5mm,熔覆用功率为2.2kW,扫描速度为300mm/min,光斑直径3mm,熔覆过程采用氩气进行保护,氩气流量为20L/min时,熔覆后可以得到表面较为平整且没有裂纹和气孔,与母材呈冶金结合的单道熔覆层;多道熔覆时,当搭接率在30%～40%左右时,可以得到成形较好的大面积的熔覆层。熔覆用合金粉木中的组分及含量影响着熔覆层中原位反应生成TiC、VC的数量、尺寸、分布及熔覆层的耐磨性能等。当组分中Ti:V:C的摩尔比在1:1.8:3.36时,熔覆层中生成了大量的树枝状分布的TiC-VC复合颗粒增强铁基基体,在相同的磨损条件下,磨损体积约为普通碳钢的1/22。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 激光熔覆技术概况
• 1.3 熔覆层增强相的选择
• 1.4 增强相的添加方法
• 1.5 激光熔覆的工艺因素
• 1.6 本文研究的目的和主要内容
• 1.6.1 研究的目的
• 1.6.2 主要研究内容
• 第二章 试验材料及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 母材金属
• 2.1.2 合金粉末
• 2.2 试验设备及试验方法
• 2.2.1 熔覆设备及熔覆层的制备
• 2.2.2 组织性能测试设备及方法
• 2.2.3 磨损性能测试及试验方法
• 第三章 激光熔覆生成 TiC-VC铁基熔覆层合金粉末的组分设计
• 3.1 原位生成 TiC、VC的热力学分析
• 3.2 合金粉末中主要组分的设计
• 3.2.1 石墨加入量的影响
• 3.2.2 保持钛铁质量百分比不变，增加钒铁+石墨的含量对熔覆层组织和性能的影响
• 3.2.3 保持钒铁质量百分比不变，增加钛铁+石墨的含量对熔覆层组织和性能的影响
• 3.2.4 B、Si加入量对熔覆层成形的影响
• 3.2.5 铁基自熔性合金粉末G314对熔覆层的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 激光熔覆生成TiC-VC增强铁基熔覆层的制备
• 4.1 合金涂料的制备
• 4.2 预置涂层厚度的影响
• 4.3 激光熔覆工艺参数的影响
• 4.4 激光多道熔覆工艺
• 4.5 本章小结
• 第五章 典型合金粉末激光熔覆层的组织及性能分析
• 5.1 熔覆层的X射线衍射结果及分析
• 5.2 熔覆层的微观组织分析
• 5.3 增强相的TEM形貌及精细结构
• 5.4 7号试样熔覆层的硬度情况
• 5.5 本章小结
• 第六章 激光熔覆原位反应生成TiC-VC增强铁基熔覆层的磨损性能
• 6.1 概述
• 6.2 熔覆层的耐磨性试验结果
• 6.3 熔覆层的磨损形貌分析
• 6.4 磨损机制探讨
• 6.5 结论
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表