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高速激光熔覆鐵基非晶合金涂層的組織及性能研究

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2024-10-10  瀏覽次數(shù)：3287
為了克服非晶合金尺寸和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的限制，通常采用表面改性技術(shù)把非晶合金作為涂層置于工件表面，以提高工件的耐磨性和耐腐蝕性。激光熔覆具有高冷卻速率，其原理是利用高能激光束在基體表面形成熔池且熔覆材料同步熔化沉積形成高性能涂層，由于激光束、熔覆粉末和基體耦合方式的不同，可分為傳統(tǒng)激光熔覆（CLC）和高速激光熔覆（HLC）。目前HLC工藝制備鐵基非晶合金涂層的研究處于初步探索階段，其中工藝參數(shù)的確立對涂層的GFA具有關(guān)鍵作用。此外，部分學(xué)者僅研究了掃描速度對非晶合金涂層組織及性能的影響，而對激光功率的影響未見詳細(xì)報道。基于此，來自湘潭大學(xué)機械工程與力學(xué)學(xué)院的周后明等采用Fe-Cr-B-Si非晶合金粉末，通過高速激光熔覆的方式在低碳鋼表面成功制備出具有優(yōu)異摩擦學(xué)性能的涂層，研究了激光功率對非晶合金涂層的顯微組織、硬度以及耐磨性的影響。相關(guān)研究成果于2024年9月在《激光與光電子學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表。

研究人員采用五塊Q345b鋼板作為試驗基體材料，其平均硬度為400HV，幾何尺寸為200mm×50mm×10mm，具體化學(xué)成分見表1。熔覆粉末選用商用氣霧化形成的FeCrBSi非晶合金粉末，采用型號為TFL-H6000的高速激光熔覆設(shè)備進(jìn)行單層單道熔覆試驗，為防止涂層過度氧化，使用惰性氣體N2作為保護氣體。在本次試驗中，將激光功率作為熔覆過程的研究變量，分別為2000W、2200W、2400W、2600W和2800W。激光熔覆具體試驗參數(shù)如表2所示。結(jié)果表明，涂層中非晶相的含量和分布與激光功率有關(guān)，激光功率通過改變熱輸入來影響稀釋率和實際冷卻速率。隨著激光功率的增大，涂層中微觀組織的生長規(guī)律發(fā)生改變，非晶相的分布位置由底部轉(zhuǎn)變?yōu)轫敳?。?dāng)激光功率為2200W時，涂層的微觀組織主要由非晶相和未成形的晶粒組成，非晶相含量約為76%，且均勻分布于整個涂層中（表3）。非晶相的含量和分布是影響涂層硬度和耐磨性的關(guān)鍵因素，非晶體區(qū)比晶體區(qū)硬度提高約200HV。當(dāng)非晶相分布于涂層頂部時，會顯著提高涂層的表面硬度和耐磨性（圖1-4）。與CLC研究相比，控制激光功率不僅能有效調(diào)節(jié)非晶相的含量和分布，改善涂層整體性能，還能減小涂層沿厚度方向的硬度波動，從而增加涂層的使用壽命。








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