本文關(guān)鍵詞：界面擴散對激光熔覆WC-NiCrMoAl合金磁性影響的機理研究

  更多相關(guān)文章： 激光熔覆 WC-NiCrMoAl 第一原理 磁性能 態(tài)密度

【摘要】：在石油勘探,航空航天,磨具,機械化工等領(lǐng)域,無磁材料的應(yīng)用日趨廣泛。在這些領(lǐng)域中,材料在具備高強度,高硬度,耐磨性和耐蝕性等條件下還需要滿足無磁性能。普通硬質(zhì)合金雖然具有很高的強度和硬度等優(yōu)良特性,但它們都是鐵磁性材料。激光熔覆技術(shù)屬于激光技術(shù)與新材料的交叉性學(xué)科,可在工件表面制備出耐磨、耐蝕的無磁材料。激光熔覆WC-NiCrMoAl無磁硬質(zhì)合金與WC-Fe基無磁硬質(zhì)合金相比較而言其具有更好的抗腐蝕性,能夠提高部件的使用壽命。本文主要采用第一性原理對激光熔覆WC-NiCrMoAl復(fù)合涂層的無磁機理進行研究。為探討激光熔覆無磁材料的冶金機制,實現(xiàn)激光熔覆鎳基無磁硬質(zhì)合金及工藝的優(yōu)化,研究了在高能束激光作用下,碳化鎢顆粒的熔解擴散與各合金元素的界面冶金反應(yīng)、熔覆層與基體合金的界面熔體反應(yīng)形成的各析出相及固溶體的磁性以及原子間的電子交互作用對磁性的影響規(guī)律。首先,在優(yōu)選的工藝參數(shù)條件下制備出WC-NiCrMoAl復(fù)合涂層,利用掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜儀(EDS)、X射線衍射儀(XRD)對激光熔覆涂層進行成分及物相分析。結(jié)果表明:在激光作用下,碳化鎢顆粒分解并擴散與基體發(fā)生界面互熔反應(yīng),在顆粒的邊緣形成一定量的η化合物,主要是Ni2W4C相和Ni3Mo3C,在碳化鎢顆粒相中還含有W2C相。由于Mo、Al合金元素的加入,因此在涂層中析出了Ni3Al、Fe3Al、Al4C3等物相。而在涂層與無磁合金鋼基體之間則因為在激光作用過程中熔池的對流性,使基體中大量的Fe元素進入到了涂層并與形成了Fe3Al、γ-Ni等。其次,利用振動樣品磁強計(LakeShore7410)對熔覆層進行磁性能分析。結(jié)果表明:當(dāng)WC含量較低,樣品的磁滯回線的磁滯區(qū)很小,具有較好的無磁性能。隨著WC含量的增加,當(dāng)WC含量達(dá)到45%時,磁滯區(qū)變大,說明熔覆層中開始析出一定量的鐵磁相或弱磁性相。最后,利用基于密度泛函理論的第一性原理,本文采用CASTEP程序包進行磁性計算。計算結(jié)果表明:WC、W2C、Al4C3、Mo2C、Ni2W4C為無磁相,Ni3Mo3C、Ni3Al具有弱磁性,Ni4C固溶體、Fe3Al也為磁性相。進一步對Fe、Cr原子替代Ni原子形成的Ni3MC(M=Fe、Cr)分別作磁性計算,計算時可處理成Fe、Cr替換Ni4C晶體結(jié)構(gòu)中的Ni原子形成的Ni3FeC和Ni3CrC,經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)它們也都具有磁性,Ni4C磁矩為0.46μB,只是由于固溶元素的不同,其中Fe為鐵磁性元素,Cr為反鐵磁性元素,從而造成其周圍原子的自旋態(tài)發(fā)生改變。對于粉末成分配比不同制備的涂層,磁性的不同可能是因為在涂層中各物相的比重不同。
【關(guān)鍵詞】：激光熔覆 WC-NiCrMoAl 第一原理 磁性能 態(tài)密度
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.44
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 激光熔覆技術(shù)11-13
• 1.3 無磁硬質(zhì)合金13-14
• 1.4 激光熔覆WC-NiCrMoAl硬質(zhì)合金現(xiàn)狀14-15
• 1.5 第一性原理概述15-19
• 1.5.1 密度泛函理論15-17
• 1.5.2 薛定諤方程17
• 1.5.3 絕熱近似17-18
• 1.5.4 哈特利-�？私�18
• 1.5.5 交換關(guān)聯(lián)相互作用18-19
• 1.6 本文研究目的和主要內(nèi)容19-22
• 第二章 實驗與理論方法22-28
• 2.1 實驗材料22
• 2.2 實驗儀器與設(shè)備22-23
• 2.2.1 激光熔覆實驗22
• 2.2.2 激光器22
• 2.2.3 送粉系統(tǒng)22-23
• 2.3 組織結(jié)構(gòu)與成分分析設(shè)備23-24
• 2.3.1 掃描電鏡及能譜儀23-24
• 2.3.2 X射線衍射分析儀24
• 2.4 磁性能檢測儀器24-25
• 2.5 CASTEP軟件包及計算過程25-28
• 第三章 激光熔覆WC-NiCrMoAl復(fù)合涂層的微觀組織結(jié)構(gòu)研究28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 熔覆層組織結(jié)構(gòu)分析28-30
• 3.3 熔覆層物相分析30-33
• 3.4 EDS分析33-41
• 3.5 小結(jié)41-42
• 第四章 激光熔覆WC-NiCrMoAl復(fù)合涂層的磁性能研究42-66
• 4.1 不同WC含量的熔覆層磁性能研究42-44
• 4.2 WC顆粒熔解擴散對熔覆層磁性影響研究44-53
• 4.2.1 WC和W_2C的電子結(jié)構(gòu)計算和磁性分析44-45
• 4.2.2 Ni_2W_4C和Ni_3Mo_3C的電子結(jié)構(gòu)計算和磁性分析45-49
• 4.2.3 Al_4C_3和Mo_2C的電子結(jié)構(gòu)計算和磁性分析49-53
• 4.3 無磁鋼基體與熔覆層的界面反應(yīng)對熔覆層磁性影響研究53-60
• 4.3.1 Fe_0.64Ni_0.36的電子結(jié)構(gòu)計算和磁性分析53-54
• 4.3.2 Ni_4C及Ni_3MC(M=Fe，，Cr)的磁性計算54-60
• 4.4 Al元素的添加對熔覆層磁性的影響研究60-64
• 4.5 小結(jié)64-66
• 結(jié)論66-68
• 參考文獻68-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)成果74-76
• 致謝76

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本文編號：740869