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激光重熔等离子喷涂铁基非晶合金涂层的组织和性能研究

魏海宏  
【摘要】: 本文首先采用等离子喷涂技术制备了含Fe、W、Cr、Mo、Ni、Si、B的Fe基非晶合金涂层,然后在具有相同厚度300μm不同孔隙率涂层上通过优化重熔工艺制备了致密度高、无裂纹缺陷的冶金结合的合金区。利用显微硬度计、金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪等分析测试设备对重熔层的组织结构与性能进行了研究。 以重熔层的合金区高度作为指标,研究了激光重熔工艺参数对合金区组织性能的影响。在此基础上设计正交试验,获得最优工艺参数为:选用喷涂态涂层孔隙率最小为1.19%的涂层,激光功率700W,扫描速度4mm/s,光斑直径3mm。对应的合金区高度为233.9μm,稀释率为5.3%。制备了形貌美观,具有良好冶金结合的重熔层。 喷涂态涂层在激光高功率密度下,经历了高温熔化快速凝固的过程,以及多道重熔后热处理的过程,消除了涂层的扁平粒子搭接结构,形成了致密的合金区熔池形貌。熔池呈典型的快速凝固组织。熔池与基体结合处由于较大的温度梯度形成了光亮的结合带,近结合带处晶体快速长大呈树枝状外延生长的形貌,合金区中部和上部分别形成网状和蜂窝状的组织形貌。 通过XRD物像标定、EDS元素分析,合金区中组织由涂层的非晶相全部转变为晶化相。晶化相为组织复杂的多相组织。仍然保留了涂层中原有的α-Fe相,还有新生成的立方晶系的[Fe,Ni]固溶体相、Ni- Cr-Fe相,以及Fe_2Si、Fe_(3.5)B、和Laves相Fe_2W。 经测定,单道重熔合金区硬度与重熔前非晶涂层硬度相比,没有显著变化。单道重熔合金区硬度与基体的稀释率的负相关性明显,即稀释率越高,合金区硬度越低。多道重熔由于后热效应的影响,第二道对第一道的热处理使得前道晶粒细化,硬度显著升高至870HV0.1。第二道由于基体的稀释作用加大,硬度略有下降至720HV0.1左右。但是随着第三道的扫描加热,第二道又有所回升。因此,可以制得硬度较喷涂层高的有广泛实际应用意义的重熔合金区。


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