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铝合金表面激光熔覆Cu基复合涂层研究

魏广玲  
【摘要】: 铝合金表面激光熔覆铜基合金涂层强化是铝合金表面强化的重要研究方向之一。该方法利用过冷条件下Cu-Co、Cu-Fe等体系发生液相分离来引入含Co、Fe、Si等元素的第二相(硬质相颗粒)进行强化。 利用激光熔覆技术在6061铝合金表面制备具有液相分离特点的铜基合金复合涂层,获得了硬质颗粒弥散分布耐磨涂层。在此基础上,通过添加适当比例SiC陶瓷颗粒相,进一步提高了熔覆层的硬度和耐磨损性能。利用SEM、EDS、XRD、EPMA等多种现代材料分析手段分析了熔覆涂层的微观组织、化学成分及微区元素分布,并且考察了熔覆层合金成分、工艺参数变化等对涂层微观组织、显微硬度和磨损性能的影响。同时,为了扩展非传统Ni基熔覆材料体系,利用横流C02激光器在不锈钢表面成功制备了Ni-38%Sn过共晶涂层。 激光熔覆铜基复合涂层试验结果表明:激光熔覆铜基合金粉末得到了界面结合良好的熔覆层,熔覆层表面光滑,界面平直无裂纹缺陷。熔覆层主要由(Cu,Ni)固溶体、Cu9Al4、AlFe0.23Ni0.77以及CoFe增强相等组成。在优化的激光工艺参数下,随着铁钴元素含量的增加,熔覆层硬质颗粒比例增大,大量铁钴硬质颗粒增强体弥散分布在熔覆层Cu-Ni固溶体合金基体组织中,大大增加了基体的显微硬度和抗磨损性能。激光熔覆后的熔覆层表面平均硬度最大为580HV,约为6061铝合金显微硬度的4.5倍;熔覆层耐磨损能力得到显著提高,磨损主要以切削方式进行,伴有轻微磨粒磨损。 SiC颗粒增强铜基合金涂层结果表明:SiC颗粒在熔覆过程中并未发生分解,SiC颗粒与熔覆层基体结合牢固,并且均匀地分布在熔覆层中,起到了弥散强化质点的作用,构成了对熔覆层基体具有保护作用的骨架。通过对添加2%SiC和5%SiC颗粒的熔覆层的组织性能比较,得出添加5%SiC熔覆层组织更加致密细小,熔覆层显微硬度值比基体显著提高,约为基体的5.5倍,耐磨性能也得到显著改善。 利用横流CO2激光器在奥氏体不锈钢表面激光熔覆非传统熔覆材料体系Ni-38%Sn复合涂层。结果表明,涂层与基体实现了良好的冶金结合,涂层主要存在α-Ni固溶体、Ni3Sn、γ-[Fe,Ni]及少量Ni3Sn2。激光熔覆区呈现典型的树枝晶组织和层片状共晶组织,Ni3Sn作为初生相形成枝晶组织,Ni3Sn和α-Ni的层片状共晶组织依附于初生相Ni3Sn枝晶呈网格状分布。熔覆层显微硬度为不锈钢基体的2.25倍。涂层主要磨损机制为粘着磨损,并伴有轻微疲劳磨损特征。


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