本文選題：激光熔覆　切入點：Fe17Mn5Si10Cr5Ni記憶合金涂層　出處：《大連海事大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著船機修造領(lǐng)域新材料、新技術(shù)、新工藝的不斷發(fā)展,先進制造技術(shù)為載運工具構(gòu)件使用壽命的提高、磨損及腐蝕件的修復(fù)提供了新的可能性。為了提高金屬表面的耐蝕性和耐磨性,本文采用激光熔覆技術(shù)在45鋼表面制備了304不銹鋼涂層和304不銹鋼/A1203復(fù)合涂層,并對其工藝及組織與性能進行了研究。研究結(jié)果表明,這種復(fù)合涂層存在較大的殘余應(yīng)力,易導(dǎo)致涂層的開裂敏感性增大。為降低或消除涂層殘余應(yīng)力,本文運用Fe-Mn-Si形狀記憶合金中γ→ε馬氏體相變釋放殘余應(yīng)力原理,設(shè)計了一種Fe17Mn5SilOCr5Ni形狀記憶合金成分,采用激光熔覆技術(shù)在304不銹鋼表面成功地制備了具有低殘余應(yīng)力和較好的抗開裂敏感性的形狀記憶合金涂層,并在以下幾個方面開展了研究工作。當(dāng)光斑直徑為3mm、掃描速度為600～1000 mm/min、激光功率為2-3 kW、搭接率為50%時,所制備的304不銹鋼涂層表面平整,耐蝕性較好。在此基礎(chǔ)上,將Al2O3(含量分別為5wt. %、10wt.%、15wt.%)粉末添加到304不銹鋼涂層中,制備了304不銹鋼/A12O3復(fù)合涂層。結(jié)果表明,復(fù)合涂層內(nèi)部基體組織由奧氏體和鐵素體雙相組成,涂層自熔池底部到表面分別由平面晶、胞狀晶、樹枝晶以及等軸晶組成。熱影響區(qū)由細小馬氏體和細小鐵素體組成；相對于304不銹鋼涂層,復(fù)合涂層顯微硬度高,耐磨性好,耐蝕性略遜于304不銹鋼涂層,但遠優(yōu)于45鋼基材；隨著A1203硬質(zhì)顆粒添加量的增加,涂層表面平整度降低,硬度有所提高,耐磨性及耐蝕性無明顯變化。研究結(jié)果還表明,復(fù)合涂層具有較大的殘余應(yīng)力,造成涂層的開裂敏感性增大。Fe17Mn5Si10Cr5Ni記憶合金涂層的制備工藝表明,激光熔覆過程中,粉末材料中的Mn和Si元素?zé)龘p量較大,導(dǎo)致其在涂層中的含量大大降低,而304不銹鋼基材中的部分Cr和Ni原子會進入熔覆層,導(dǎo)致其在涂層中的含量增加。試驗選定Mn:Si:Cr:Ni:Fe =32:9:4:3:Bal. (wt.%)混合粉末成分配比,采用光斑直徑3mm、功率2 kW、掃描速度600mm/min、搭接率50%的激光熔覆工藝,可成功地在大氣環(huán)境中制備具有形狀記憶效應(yīng)的Fe17Mn5Si10Cr5Ni合金涂層。Fe17Mn5Si10Cr5Ni記憶合金涂層自熔池底部到表面分別由平面晶、胞狀晶、樹枝晶以及等軸晶組成；記憶合金涂層由Y奧氏體相和ε馬氏體相組成,經(jīng)1000℃×1 h固溶后,涂層只存在粗大的γ奧氏體相。往復(fù)摩擦試驗及接觸疲勞試驗表明：與304不銹鋼基材相比,記憶合金涂層具有更好的耐磨性和接觸疲勞特性,Fe-Mn-Si記憶合金涂層在摩擦應(yīng)力作用下發(fā)生的γ→ε馬氏體相變及其產(chǎn)生的相變變形,可抑制滑移變形和位錯的形成與擴展,是導(dǎo)致其具有較高的接觸疲勞強度和耐磨性的主要原因。殘余應(yīng)力誘發(fā)的γ→ε馬氏體相變及其相變變形可松弛熔覆層中的殘余應(yīng)力,進而減小記憶合金涂層的開裂敏感性及工件的變形。與304不銹鋼相比,Fe17Mn5Si10Cr5Ni記憶合金涂層應(yīng)力松弛率較高。當(dāng)預(yù)變形量增大時,涂層應(yīng)力松弛率減小,停載時間為0～5 min時,應(yīng)力松弛率隨著時間的增加急劇上升,當(dāng)停載超過5 min后,應(yīng)力松弛率增速變緩；在拉伸及停載過程中,記憶合金涂層發(fā)生了γ→ε馬氏體相變,后期出現(xiàn)了不可逆的ε→α'或γ→α'相變。記憶合金涂層隨著停載時間的增加,其形狀回復(fù)率均先增后減,在停載時間為10 min時達到最大,且隨著預(yù)變形量的增加,涂層最大形狀回復(fù)率降低。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TG174.4

【參考文獻】

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本文編號：1582114