稀土在激光熔覆TiC_p/Ni基复合涂层中的作用

【摘要】： 自从1960年第一台激光器问世以来，激光技术发展十分迅速，70年代开始用于金属表面改性处理，现在已成为高能束表面改性技术中的一种主要手段。激光表面处理包括相变硬化、表面熔凝、合金化、表面熔覆、冲击硬化等，其中表面熔覆处理是利用高能束激光在普通基材表面熔覆一层与基材性能不同的且与基材呈冶金结合的涂层的工艺。激光熔覆技术作为一种表面强化技术一直受到材料科学工作者的关注，且已成功地应用于生产中，但熔覆的大多数是金属基自熔性粉末，例如镍基、钴基与铁基自熔性粉末，这些激光熔覆合金涂层虽然使材料表面有高的硬度与强的耐热性、耐蚀性与耐磨性，但在滑动磨损、冲击磨损和磨粒磨损严重的条件下，镍基、钴基与铁基自熔性合金已不能胜任，所以材料工作者进一步研究在这三种自熔性粉末中加入陶瓷相，即发展一种新技术——激光熔覆金属陶瓷工艺，而激光熔覆金属陶瓷技术是激光表面技术中发展最迅速、最有广泛应用前景的技术之一。 激光熔覆金属陶瓷涂层是采用激光束在普通金属材料表面熔覆一层硬度高、热稳定好、耐腐蚀、耐磨损、与基材呈冶金结合的金属陶瓷涂层工艺。它成功地将金属的延性、高强度和陶瓷相的高熔点、高硬度、较好的化学稳定性结合起来，构成一种新型的复合材料，从而提高材料或构件表面的性能，达到提高工件使用寿命的目的。但是由于陶瓷相的熔点大大高于金属基，陶瓷与金属基之间的热膨胀系数、弹性模量与导热系数相差极大，在相同的激光辐照条件下，所形成的熔池内温度梯度很大，温度梯度造成的热应力导致熔覆层中存在孔洞与微裂纹，所以激光熔覆要大范围应用于生产还存在孔洞与裂纹问题，本文利用稀土在钢铁中细化晶粒、净化组织等的优异性能，研究在TiC_p／Ni基复合粉末中加入稀土氧化物La_2O_3、CeO_2粉末，以探讨稀土对激光熔覆TiC_p／Ni基复合涂层的组织与显微硬度、耐蚀性与耐磨性的影响，探讨稀土是否能解决激光熔覆金属陶瓷复合涂层的孔洞与裂纹的问题。 本文采用预涂覆法在A3钢表面进行激光熔覆添加不同含量的稀土氧化物La_2O_3、CeO_2的TiC_p／Ni基复合粉末试验，研究激光熔覆层的组织特征、激光熔覆过程中稀土对TiC陶瓷相以及陶瓷相与粘结金属的交互作用的影响。 采用预涂覆法成功地在A3钢表面激光熔覆了添加不同含量的稀土氧化物La_2O_3、CeO_2的TiC_p／Ni基复合涂层，实验结果表明，加入适量的稀土氧化物可以使熔覆层的气孔、夹杂物、裂纹比不添加稀土的熔覆层大大减少，熔覆层与基体形成冶金结合，熔覆层组织致密；不添加稀土时，涂层中主要有γ 武汉科技大学硕士论文 摘 要 ＜Fe，Ni卜 TIC相与少量的 MzsCO及Ni币相，而添加 Lazos后，复合涂层除了 存在以上的相外，还出现新相 La。BO。、La。Ni，，添加 CeO。熔覆层存在新相 CC3Ni6SiZ、CCNiZ，这些新相可以作为形核核心，减少形核功，提高熔覆层的 形核率，从而细化熔覆层组织；加入适量的稀土氧化物可使 n 颗粒细小且 分布均匀，与粘结金属结合更好，显微硬度高达HV700左右，且有一个稳定 区，添加 0．4Wt％稀土氧化物的熔覆层的显微硬度分布最佳。添加过量的稀土 氧化物 门．0 Wt％）的熔覆层夹杂物增多，TIC颗粒严重烧损与溶解，形成棒 状。 不添加与添加稀土氧化物的熔覆层各自浸泡在12d几。溶液中时， 添加稀土氧化物的熔覆层比不添加的耐蚀，其中0．4Wt％稀土氧化物的熔覆层 最佳；与 gCrZMoV对磨时，添加 0．4％wt稀土氧化物的熔覆层最耐磨。 在改善熔覆层的显微组织、耐磨性方面，CeO。与La。O。效果相当，而在 改善熔覆层的耐蚀性，CeO。的效果比 La。O。要好。