采用超音速激光沉積（SLD）和激光熔覆（LC）在316L不銹鋼基體上制備了WC/SS316L復(fù)合沉積層,對(duì)沉積層的宏觀形貌、WC分布、顯微組織、相成分及磨損性能進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明,LC多道搭接的沉積層中有明顯的宏觀裂紋,而SLD沉積層表面平整致密,無宏觀缺陷。在LC沉積層中,陶瓷相WC呈部分聚集的不均勻分布,而在SLD沉積層中,陶瓷相WC呈彌散狀的均勻分布。LC沉積層組織成分分布不均勻,且產(chǎn)生了有害相,而SLD沉積層保持了沉積粉末原有的組織和性能,且表現(xiàn)出形變強(qiáng)化效果。SLD沉積層的摩擦系數(shù)比LC沉積層低28%,表現(xiàn)出較優(yōu)的抗磨損性能。 

【文章來源】：中國激光. 2016,43(11)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

圖２ＳＬＤ系統(tǒng)示意圖Ｆｉｇ．２ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆＳＬＤｓｙｓｔｅｍ

中國激光了明顯的氧化變色以及翹曲現(xiàn)象，而ＳＬＤ試樣幾乎沒有熱致不良影響。二者的差別緣于激光輸入能量的不同：在ＬＣ過程中，基體與預(yù)置粉末被激光快速加熱熔化，在隨后的凝固過程中熱應(yīng)力集中導(dǎo)致沉積層產(chǎn)生開裂［１７］；在ＳＬＤ過程中，激光的引入只是為了軟化沉積層材料和基體材料，不存在沉積層材料和基體材料的熔化和凝固過程。３．２沉積層顯微結(jié)構(gòu)分析圖５（ａ）所示為ＬＣ沉積層顯微組織結(jié)構(gòu)，可以看出ＬＣ沉積層中僅有一些尺寸較大的顆粒，ＷＣ顆粒的周圍析出了大量的塊狀初晶，其間分布著不規(guī)則的細(xì)條狀共晶，而遠(yuǎn)離ＷＣ顆粒的區(qū)域形成了較多的柱狀晶。ＬＣ沉積層局部放大圖如圖５（ｂ）所示。對(duì)圖５（ｂ）標(biāo)注區(qū)域進(jìn)行ＥＤＳ元素分析，結(jié)果如圖５（ｄ）所示，可以發(fā)現(xiàn)Ｃ原子與Ｗ原子的原子數(shù)分?jǐn)?shù)比大約為１：１，且Ｆｅ與Ｃｒ的原子數(shù)也較高。說明這些白色塊狀組織為未完全分解的ＷＣ，且粘結(jié)相元素已經(jīng)滲入未熔的ＷＣ，說明在熔覆過程中ＷＣ顆粒發(fā)生了較為嚴(yán)重的氧化反應(yīng)、破碎溶解以及擴(kuò)散冶金反應(yīng)溶解。尺寸較小的ＷＣ被完全氧化、全部溶解，部分球形ＷＣ在高溫熔池中碎化成較小的不規(guī)則形狀，尺寸較大的ＷＣ顆粒與周圍的熔體發(fā)生冶金反應(yīng)形成了擴(kuò)散帶。ＳＬＤ沉積層顯微組織結(jié)構(gòu)如圖５（ｃ）所示，可以看到在ＳＬＤ沉積層中沒有出現(xiàn)典型的枝晶組織特征。這是由于在ＳＬＤ過程中，材料顆粒是在全固態(tài)下進(jìn)行沉積，不涉及原始粉末和基體材料的高溫熔化。增強(qiáng)相ＷＣ顆粒嵌入塑性變形的粘結(jié)相顆粒中，從而得以有效沉積，形成復(fù)合沉積層。在ＳＬＤ沉積層中存在塑性變形后的粘結(jié)相纖

中國激光３．５沉積層耐磨性能分析圖８為ＳＬＤ與ＬＣ的ＷＣ／ＳＳ３１６Ｌ沉積層在相同載荷作用下的滑動(dòng)摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化曲線。ＬＣ沉積層的平均摩擦系數(shù)為０．９，ＳＬＤ沉積層的摩擦系數(shù)為０．６５，較ＬＣ沉積層，ＳＬＤ沉積層的摩擦系數(shù)降低了２８％。磨痕的顯微形貌如圖９所示，可以看到ＳＬＤ與ＬＣ沉積層的磨痕寬度分別為６２９．１６μｍ和８５９．７１μｍ，且磨痕中均存在深色（１和３）和淺色（２和４）兩種區(qū)域。ＳＬＤ沉積層和ＬＣ沉積層磨痕的局部放大形貌分別如圖９（ｂ）、（ｄ）所示。ＳＬＤ沉積層表面有一些較淺的犁溝，無大的剝落區(qū)。在磨損過程中，有細(xì)小的ＷＣ顆粒從ＳＬＤ沉積層中剝落，隨著摩擦副的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)粘結(jié)相造成刮傷，形成磨粒磨損機(jī)制。但總體來看，ＳＬＤ沉積層的磨痕較淺，表現(xiàn)出較高的耐磨性。而在ＬＣ沉積層中，表面存在許多粘著磨損引起的剝落坑。這是由于ＷＣ顆粒存在脆硬相，在持續(xù)的磨損過程中脆硬的ＷＣ顆粒發(fā)生了碎裂，如圖９（ｄ）中的箭頭所示。ＷＣ顆粒在ＳＬＤ沉積層中的含量高且分布均勻，激光輻照作用增加了陶瓷相與粘結(jié)相的結(jié)合強(qiáng)度，這些因素的共同作用提高了ＳＬＤ沉積層的抗磨損性能。ＬＣ沉積層中的ＷＣ顆粒在熔池中部分被燒損，并且由于熔池的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，ＷＣ顆粒在沉積層中的分布極不均勻，所以在磨損過程中沉積層與摩擦副的粘著傾向無法降低，ＬＣ沉積層表現(xiàn)出較低的耐磨性能。ＥＤＳ分析結(jié)果如圖１０所示，可以發(fā)現(xiàn)深色區(qū)域中氧元素含量很高，淺色區(qū)域中幾乎沒有氧元素。圖８摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化

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