利用激光熔覆技術(shù)在高速鋼表面制備了Fe-Al-Ti-WC復合熔覆涂層。借助掃描電鏡、X射線衍射儀、能譜分析儀、顯微硬度儀、表面性能綜合測試儀分析了熔覆層與基體的冶金結(jié)合狀態(tài)、熔覆層的物相組成、微觀結(jié)構(gòu)、顯微硬度和摩擦磨損特性。結(jié)果表明:熔覆層與基體呈良好的冶金結(jié)合態(tài);WC及原位生成的TiC、Al₂O₃、Fe₃Al、Al₃Ti等硬相彌散分布于涂層中,大部分硬相存在于晶粒內(nèi)部,起到細化晶粒的作用;熔覆層硬度和耐磨性分別較基體高;熔覆層的硬度呈梯度分布。 

【文章來源】：熱加工工藝. 2020,49(24)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

熔覆層的XRD圖譜

圖2給出了C與W、Ti反應生成WC、Ti C的吉布斯自由能隨溫度變化關(guān)系。可發(fā)現(xiàn)，ΔGWC明顯小于ΔGTi C，說明Ti與C更易發(fā)生反應。所以涂層中Ti C為部分WC在高溫下分解后產(chǎn)生的C與Ti反應生成了Ti C。Al與氧在熔覆過程中反應生成了少量的Al2O3。V、Cr的存在反映出高速鋼基體內(nèi)部的元素在熔覆過程中進入了熔覆層中。分析得出，本實驗通過激光熔覆，在高速鋼表面制備出以金屬間化合物Fe Al、Al Ti為粘結(jié)相，以WC、Ti C、Fe3Al、Al3Ti等為硬質(zhì)增強相的復合熔覆涂層。圖3為熔覆層過渡區(qū)域的顯微形貌。可發(fā)現(xiàn)，基體與熔覆層之間交叉著多條明顯的熔融線，且寬度較窄。這是因為在激光作用下，基體表面快速形成熔池，基體與熔覆材料存在元素濃度差異，相互擴散。在熔覆層與基體之間形成與基體和熔覆層的成分均不相同的過渡區(qū)域。過渡區(qū)域反映了熔覆層與基體之間形成良好的冶金結(jié)合狀態(tài)，提高了熔覆層與基體的結(jié)合強度。

圖3為熔覆層過渡區(qū)域的顯微形貌。可發(fā)現(xiàn)，基體與熔覆層之間交叉著多條明顯的熔融線，且寬度較窄。這是因為在激光作用下，基體表面快速形成熔池，基體與熔覆材料存在元素濃度差異，相互擴散。在熔覆層與基體之間形成與基體和熔覆層的成分均不相同的過渡區(qū)域。過渡區(qū)域反映了熔覆層與基體之間形成良好的冶金結(jié)合狀態(tài)，提高了熔覆層與基體的結(jié)合強度。圖4為熔覆層各區(qū)域的顯微形貌。圖4(a）給出了熔覆層底部區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)。由圖4(a）可發(fā)現(xiàn)，熔覆層未出現(xiàn)外延生長的柱狀晶，多為細小的等軸晶。結(jié)合XRD分析結(jié)果與表2給出的圖4中對應各點的EDS掃描分析結(jié)果。圖4(b）為熔覆層中部區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)，A點W、C含量較其他位置低很多，說明此處主要以Fe Al相、Al Ti相為主，作為熔覆層的粘結(jié)相。觀察發(fā)現(xiàn)，晶粒內(nèi)部存在很多細小的顆粒，結(jié)合XRD分析結(jié)果及圖中B、C點的EDS掃描分析結(jié)果，判斷為WC、Ti C、Al2O3等硬質(zhì)相顆粒。高熔點的硬相顆粒為金屬間化合物熔體的凝固提供了形核中心，所以硬相顆粒大多分布于晶粒內(nèi)部，一定程度上細化了晶粒，也是熔覆層中基本為細小等軸晶的成因。圖4(c）為熔覆層中部區(qū)域另一位置的微觀結(jié)構(gòu)，圖中發(fā)現(xiàn)了較大的片狀組織。結(jié)合圖中D點的EDS掃描分析結(jié)果，D點W、C含量均較高，判斷此片狀組織為未溶解的大顆粒WC。在這些片狀組織周圍富集著一圈細小顆粒，這是由于在熔覆過程中，未溶解的大顆粒WC的邊緣已經(jīng)開始溶解，但這些剛剛?cè)芙獾腤C不能及時的擴散進入熔池中，所以在片狀的未溶解WC周邊形成一圈顆粒帶。圖4(d）為熔覆層頂部區(qū)域微觀結(jié)構(gòu)。可發(fā)現(xiàn)，相比中部區(qū)域晶粒的大小，涂層頂部晶粒并無明顯變化。這是由于在多道搭接熔覆過程中，熔覆層頂部冷卻速度并未明顯快于熔覆層中部，凝固速度差異不大，所以涂層中晶粒大小趨于均勻。

【參考文獻】：
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本文編號：3089577