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激光熔覆及快速成形专用镍基粉末的研制

姚秀军  
【摘要】:激光熔覆是利用高能量激光束熔化涂层材料和薄层基体,形成一个无气孔、无裂纹并能和基体形成良好冶金结合的表面涂层,它已成为现代表面技术体系中的极具发展前途和颇具特色的新技术之一,并在“21世纪的再制造工程”中有着广阔的应用前景。激光快速成形技术是在快速原型技术和激光熔覆技术的基础上发展起来的一项高新制造技术。但由于激光熔覆快速加热凝固的工艺特点,熔覆层易产生裂纹,阻碍了激光熔覆及快速成形技术的工业应用。 本文用GLS-6型横流式CO_2激光器在45钢基体表面上进行了NiCrBSi粉末及NiCrBSi混合粉末的激光熔覆试验。通过对不同材料的熔覆层的宏观、微观质量的对比分析,得出了最佳激光熔覆及快速成形专用镍基粉末的构成。该镍基粉末熔覆层的主要技术指标: 1) 激光熔覆层显微维氏硬度达到540以上。 2) 激光熔覆层的磨损试验:激光熔覆层摩擦系数μ=0.5;基体件摩擦系数μ=0.8。激光熔覆层比基体的耐磨性提高了近3倍。 3) 无任何预热和缓冷前后处理的条件下在45钢基体表面进行激光熔覆,得到表面光滑、平整、无裂纹、厚度达到10mm以上激光熔覆层。 利用高倍视频显微镜、电子探针、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计等测试手段研究了CaF_2、MgO、Y_2O_3、Mo、Fe、Co对激光熔覆层宏观形貌、显微组织和显微硬度的影响。利用MM200磨损试验机进行了45钢、NiCrBSi复合涂层的试样的磨损试验,并在观察磨损形貌的基础上进行了熔覆层材料磨损机制的讨论。实验结果显示:适量的CaF_2、MgO传热变质剂对熔覆层结晶裂纹有抑制作用;CaF_2、MgO的加入能使镍基熔覆层中的裂纹大为减少甚至消失,熔覆层组织得到细化。粉末中添加Y_2O_3能够减少熔覆层的气孔、疏松,使熔覆层的组织致密,熔覆层的耐磨性得到提高。Mo、Fe、Co能够提高镍基合金激光熔覆层的韧性、耐磨性,细化熔覆层的组织,降低熔覆层的裂纹敏感性;镍基合金激光熔覆层的改善归因于Mo、Fe、Co对熔覆层组织的均匀细化、对粗大针状脆性硬质相的抑制以及对韧性相成分


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