本文關(guān)鍵詞：激光熔覆鎳基三元合金涂層研究

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【摘要】：銅合金因其高的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率被廣泛應(yīng)用到冶金、電力等行業(yè),如高爐風(fēng)口,連鑄結(jié)晶器,電機(jī)換向器等。但是耐磨性差嚴(yán)重影響了銅合金零部件的使用壽命。激光熔覆合金涂層具有與基體冶金結(jié)合、對(duì)基體的熱損傷小、熱影響區(qū)小等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用到銅合金表面可以改善銅合金零部件耐磨性又不過(guò)分損失其它性能。本文利用激光熔覆技術(shù)在銅表面制備了Cr3Ni5Si2和Cr3Si兩種硅化物強(qiáng)化的Ni-Cr-Si三元合金涂層。利用光學(xué)顯微鏡(OM),配備能譜儀(EDS)的掃描電子顯微鏡(SEM),X射線衍射(XRD),分析了涂層組織。并依據(jù)KGT模型和LKT模型計(jì)算激光加工條件下,熔池中固液界面的晶端過(guò)冷度,建立凝固模型,分析了涂層熔池的凝固行為。結(jié)果得出,隨著Ni含量升高,Cr3Si強(qiáng)化涂層中強(qiáng)化相數(shù)量降低,當(dāng)Ni含量增加到60%(at.%)時(shí),Cr3Si相消失,涂層中合成Cr6Ni16Si7相。Cr3Si強(qiáng)化涂層的熔池下層溫度梯度高,凝固速度快,晶端過(guò)冷度大,組織為發(fā)達(dá)等軸樹(shù)枝晶。上層熔池晶端過(guò)冷度小,組織為等軸晶。Cr6Ni16Si7強(qiáng)化涂層凝固時(shí)熔池中枝晶尖端過(guò)冷度較大,組織為發(fā)達(dá)柱狀樹(shù)枝晶。在Cr3Ni5Si2相區(qū)內(nèi),隨著Si含量增加,涂層中Cr3Ni5Si2相含量增加,枝晶間Ni2Si相和γ-Ni相數(shù)量減少,枝晶尖端過(guò)冷度增大,涂層中典型組織為柱狀樹(shù)枝晶。采用HXD-1000維式硬度計(jì)測(cè)量激光熔覆Ni-Cr-Si涂層硬度。Cr3Si強(qiáng)化涂層硬度較高,約為1000HV0.1左右。Ni含量較低的兩種Cr3Si強(qiáng)化涂層斷裂韌性值分別為3.5 MPam21和2.1 MPam21。Cr6Ni16Si7強(qiáng)化涂層的韌性較好,1000g載荷下顯微壓痕沒(méi)有出現(xiàn)裂紋。Cr3Ni5Si2強(qiáng)化涂層隨著Si含量增加,硬度升高,當(dāng)Si含量增加到20%(at.%),涂層硬度達(dá)到700 HV0.1。Cr3Ni5Si2強(qiáng)化涂層整體韌性較好。室溫下,在CETR-UMT多功能摩擦磨損試驗(yàn)儀上進(jìn)行干滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)。在與WC鋼球?qū)δr(shí),3種Cr3Si強(qiáng)化涂層穩(wěn)定期摩擦系數(shù)值相近,約為0.45。摩擦后磨痕表面光滑,無(wú)粘著物,磨痕的亞表面沒(méi)有明顯塑性變形區(qū),磨損量低,耐磨性能較好。Cr3Ni5Si2強(qiáng)化涂層隨著Si含量降低,磨損量增加。兩種強(qiáng)化相強(qiáng)化的激光熔覆Ni-Cr-Si三元硅化物合金涂層磨損量和摩擦系數(shù)都比AISI304不銹鋼低,表現(xiàn)出較好的摩擦學(xué)性能。
【關(guān)鍵詞】：激光熔覆 鎳基合金涂層 快速凝固 耐磨性
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-29
• 1.1 選題背景及意義13
• 1.2 銅及銅合金13-17
• 1.3 光纖激光17-18
• 1.4 鎳基熔覆材料18-19
• 1.5 激光熔覆硅化物強(qiáng)化相研究19-22
• 1.6 快速凝固理論22-24
• 1.7 摩擦磨損24-28
• 1.7.1 摩擦24-26
• 1.7.2 磨損26-28
• 本文研究?jī)?nèi)容28-29
• 第二章 試驗(yàn)材料及設(shè)備29-35
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料29-30
• 2.1.1 基體材料的選擇29
• 2.1.2 熔覆粉末材料的選擇29-30
• 2.2 試驗(yàn)方法與設(shè)備30-35
• 2.2.1 激光熔覆系統(tǒng)30-31
• 2.2.2 金相儀器與分析31-32
• 2.2.3 相鑒定及組織分析32-33
• 2.2.4 顯微硬度和顯微壓痕33
• 2.2.5 摩擦磨損試驗(yàn)33-35
• 第三章 激光熔覆Cr_3Si強(qiáng)化涂層組織和性能研究35-59
• 3.1 涂層成分及工藝參數(shù)35-36
• 3.2 宏觀形貌36-37
• 3.3 組織分析37-44
• 3.3.1 相鑒定37
• 3.3.2 吉布斯自由能計(jì)算37-40
• 3.3.3 組織分析40-44
• 3.4 凝固過(guò)程分析44-51
• 3.4.1 形核率44-46
• 3.4.2 枝晶尖端端過(guò)冷度計(jì)算46-48
• 3.4.3 凝固過(guò)程分析48-51
• 3.5 微觀力學(xué)性能51-53
• 3.5.1 顯微硬度51-52
• 3.5.2 斷裂韌性52-53
• 3.6 摩擦磨損53-57
• 3.6.1 摩擦系數(shù)53-55
• 3.6.2 磨損量55
• 3.6.3 磨痕形貌55-57
• 本章小結(jié)57-59
• 第四章 激光熔覆Cr_3Ni_5Si_2強(qiáng)化涂層組織和性能研究59-76
• 4.1 涂層成分及工藝參數(shù)59-60
• 4.2 宏觀形貌60-61
• 4.3 組織分析61-67
• 4.3.1 相鑒定61-62
• 4.3.2 組織分析62-67
• 4.4 凝固過(guò)程分析67-70
• 4.4.1 枝晶尖端端過(guò)冷度計(jì)算67-69
• 4.4.2 凝固模型分析69-70
• 4.5 微觀力學(xué)性能70-72
• 4.6 摩擦學(xué)性能72-75
• 4.6.1 摩擦系數(shù)72-73
• 4.6.2 磨痕形貌分析73-75
• 本章小結(jié)75-76
• 第五章 總結(jié)與展望76-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果82-83
• 致謝83-84

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