激光熔覆金属陶瓷涂层的组织与性能研究

【摘要】：激光熔覆金属陶瓷复合涂层是一项先进的表面技术,它可将金属的韧性和陶瓷相的高硬度、高耐磨性结合起来构成新型的复合材料,显著改善材料表面的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性等性能。本文利用大功率CO2激光器在45钢表面制备了Co50/SiC涂层及添加稀土元素的Co50/SiC复合涂层。采用XRD、SEM和EPMA等分析手段对复合涂层微观组织进行研究；在DMH-2LS型努普硬度计和UMT-2多功能摩擦磨损仪上分别进行涂层的显微硬度测量和干滑动摩擦磨损实验。 激光熔覆Co50/SiC复合涂层试验表明：Co50熔覆层质量较好,没有裂纹和气孔的产生,涂层组织主要由γ-Co、Cr23C6、Cr7C3、Cr3C2组成。Co50/SiC涂层组织主要由γ-Co固溶体和Cr23C6、Cr7C3、Fe3C、WB4等化合物组成。涂层中没有发现SiC,粉末中的SiC在激光熔覆过程中全部溶解,分解出的C和Si元素一部分固溶在γ-Co固溶体中,一部分在高温下与其他元素反应生成化合物。Co50/SiC涂层均存在一定程度的组织不均匀性。添加5%SiC涂层由底部的树枝晶和中上部的等轴晶组成。添加10%SiC涂层由树枝晶和晶间白色颗粒相组成,随着离结合界面距离的增大,颗粒相含量增多。添加15%SiC涂层的枝晶细小,网状物增多,颗粒相含量增多。对涂层的性能分析表明：Co50涂层的显微硬度较基体有显著提高,添加SiC的复合涂层显微硬度较Co50涂层又有显著提高。激光熔覆Co50涂层比基体的耐磨性提高了3倍,加入5%、10℃、15%SiC的复合涂层又分别比Co50涂层的耐磨性有很大的提高。 Co50/SiC复合涂层中添加稀土氧化物的试验表明：与未添加稀土的涂层相比,添加稀土后涂层组织均匀致密,气孔明显减少,等轴晶范围变宽,并且生成了含Ce的新相CeB4和CeSi2。涂层的显微硬度有所降低,但耐磨性有所提高。与其他添加量相比,添加2%CeO2涂层的性能最好。 另外,与外加颗粒增强涂层相比,原位自生陶瓷增强复合涂层由于增强体原位形核、长大,因而避免了与基体相容性不良的问题。本文在钛合金表面熔覆Co50涂层和Co50中加入10%Ti、5%B的复合涂层。与Co50涂层相比,加入10%Ti、5%B的复合涂层有较多TiC、TiB相生成。TiC、TiB相的存在对涂层的耐磨性有较大的影响。Co50涂层耐磨性较基体有显著提高,而添加Ti、B的复合涂层的耐磨性又比Co50涂层的耐磨性有显著提高。