利用激光熔覆技術(shù)在高速鋼表面制備了Fe-Al-Ti-WC復(fù)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(cè)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(xì)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(lái)源】：熱加工工藝. 2020,49(24)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：4 頁(yè)

【部分圖文】：

熔覆層的XRD圖譜

圖2給出了C與W、Ti反應(yīng)生成WC、Ti C的吉布斯自由能隨溫度變化關(guān)系�？砂l(fā)現(xiàn)，ΔGWC明顯小于ΔGTi C，說(shuō)明Ti與C更易發(fā)生反應(yīng)。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(yīng)生成了Ti C。Al與氧在熔覆過(guò)程中反應(yīng)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(guò)程中進(jìn)入了熔覆層中。分析得出，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)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(qiáng)相的復(fù)合熔覆涂層。圖3為熔覆層過(guò)渡區(qū)域的顯微形貌�？砂l(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?yàn)樵诩す庾饔孟�，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(kuò)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(guò)渡區(qū)域。過(guò)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(qiáng)度。

圖3為熔覆層過(guò)渡區(qū)域的顯微形貌�？砂l(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?yàn)樵诩す庾饔孟�，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(kuò)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(guò)渡區(qū)域。過(guò)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(qiáng)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(zhǎng)的柱狀晶，多為細(xì)小的等軸晶。結(jié)合XRD分析結(jié)果與表2給出的圖4中對(duì)應(yīng)各點(diǎn)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(diǎn)W、C含量較其他位置低很多，說(shuō)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(xì)小的顆粒，結(jié)合XRD分析結(jié)果及圖中B、C點(diǎn)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(diǎn)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(xì)化了晶粒，也是熔覆層中基本為細(xì)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(diǎn)的EDS掃描分析結(jié)果，D點(diǎn)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(xì)小顆粒，這是由于在熔覆過(guò)程中，未溶解的大顆粒WC的邊緣已經(jīng)開(kāi)始溶解，但這些剛剛?cè)芙獾腤C不能及時(shí)的擴(kuò)散進(jìn)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)�？砂l(fā)現(xiàn)，相比中部區(qū)域晶粒的大小，涂層頂部晶粒并無(wú)明顯變化。這是由于在多道搭接熔覆過(guò)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(xiàn)】：
期刊論文
[1]激光熔覆原位自生Ti-Al-Si復(fù)合涂層的微觀組織和高溫抗氧化性能[J]. 劉洪喜,趙艷爽,張曉偉,郝軒宏,張璐璐.  光學(xué)精密工程. 2019(02)
[2]2Cr13不銹鋼激光熔覆涂層的性能[J]. 何斌鋒,付福興,謝燕翔,李雷.  熱加工工藝. 2018(12)
[3]激光熔覆TiC/FeAl原位復(fù)合涂層[J]. 趙龍志,楊海超,趙明娟,謝玉江.  材料研究學(xué)報(bào). 2017(11)
[4]激光熔覆的研究現(xiàn)狀[J]. 董冬梅,陳菊芳,雷衛(wèi)寧.  熱加工工藝. 2017(16)
[5]激光熔覆Ti-Al金屬間化合物復(fù)合涂層的顯微組織和性能[J]. 劉洪喜,李慶鈴,張曉偉,李正學(xué),冷凝.  中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào). 2017(06)
[6]20Cr2Ni4A齒輪鋼高溫滲碳工藝[J]. 趙文軍,劉國(guó)強(qiáng),王金棟,蔡紅,曹明宇.  金屬熱處理. 2015(12)
[7]鋼表面激光搭接熔覆鎳基納米WC/Co復(fù)合涂層的顯微組織[J]. 張光鈞,朱屹峰,呂靈賓.  金屬熱處理. 2008(10)
[8]原位反應(yīng)合成金屬間化合物激光合金化層的組織及抗磨性能[J]. 張松,張春華,文效忠,劉常升,才慶魁.  摩擦學(xué)學(xué)報(bào). 2005(02)



本文編號(hào)：3089577