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《哈尔滨工程大学》 2017年
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熔覆多元改性钴基复合涂层的组织结构与性能研究

范阳  
【摘要】:高能束表面处理能够显著提高机械零件的服役性能和使用寿命,广泛应用于工业生产与再制造领域。本文以大型压缩机转子轴承和叶片的表面防护为研究背景,选用成形性、耐高温、耐磨等综合性能良好的钴基合金粉末为研究对象,引入合金元素Nb、稀土氧化物Ce02、YSZ纤维等新颖且综合性能良好的改性材料,用等离子熔覆和激光熔覆技术在FV520B基材表面制备了不同成分的钴基熔覆层,并分析表征了复合涂层的组织结构和元素分布等,测试了硬度、拉伸、弯曲和冲击等室温力学性能以及600℃下的高温摩擦磨损性能;通过电化学实验评价涂层的耐蚀性。结果表明,等离子熔覆工艺制备钴基涂层以及Nb和Ce02改性的复合涂层时,最佳工艺参数为电流100A,电压30V,前进速度4mm/s,送粉率30g/min,离子气Ar,801/h,保护气Ar,40 ml/min;用激光熔覆工艺制备YSZ纤维改性钴基涂层时,在激光功率1000W,前进速度30 mm/s,光斑直径4 mm条件下成功制备出含有细颗粒状YSZ的复合熔覆涂层。等离子熔覆钴基涂层主要由柱状树枝晶、等轴晶以及分布在周围的碳化物共晶组织组成,主要物相为γ-Co固溶体和Cr23C6碳化物。加入Nb和CeO2后,合金元素Nb在涂层中形成了 NbC,同时,组织明显更加致密均匀,涂层中柱状晶减少,等轴晶增多,且Ce02的加入使组织中的杂质明显减少。添加Nb元素和Ce02使等离子熔覆钴基涂层的硬度、拉伸和弯曲等力学性能有明显的提升,主要是因为形成NbC硬质相的弥散强化与Nb和Ce02引起的细晶强化两种机制的共同作用。Nb和Ce02的加入在钴基涂层中形成了耐磨、耐热的NbC,因此其高温摩擦磨损性能有所提升。在3.5%的NaCl腐蚀液中,熔覆层底部耐蚀性最好,且Nb元素的加入生成了耐蚀性好的陶瓷相,提升了材料的耐蚀性,而稀土氧化物的加入使晶粒变细,产生更多易于反应的晶界,使其耐蚀性稍有降低。YSZ纤维的加入提高了激光熔覆钴基涂层的硬度以及耐磨性,氧化锆纤维作为陶瓷相本身硬度值就很高,熔覆时形态由纤维状转变为细小颗粒的YSZ,均匀地分散在整个涂层之中,通过弥散强化等作用使得涂层的硬度和耐磨性提高,且细小颗粒状的YSZ第二相粒子有阻碍材料变形的作用,进而提高性能。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TG174.4

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