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稀土對鐵基合金激光熔覆層耐磨及耐蝕性能的影響
閱讀：384 發(fā)布時間：2021-9-26
激光表面熔敷技術具有涂層與基材結(jié)合牢固、涂層稀釋率低、工件變形小等其他表面技術難以實現(xiàn)的特點和廣闊的應用前景，在工業(yè)技術和科學研究領域引起了普遍重視。利用表面改性可以有效地改善機械零件或工具的使用性能和延長其使用壽命.工程材料的磨損和腐蝕等現(xiàn)象大多從表面開始,因此材料表面保護具有重要的工程應用價值.與此相適應,激光熔覆在提高材料表面抗磨性能方面的應用受到了廣泛關注.稀土被人們稱為新材料的“寶庫”，自上世紀60年代被引用于金屬及合金的表面改姓以來，這方面的科研工作進展迅速，取得了許多令人滿意的成果。人們揭示出，稀土對多種金屬具有凈化、變質(zhì)和合金化作用，可顯著改善金屬材料的力學性能、熱加工性能、高溫抗氧化性能、耐磨及耐腐蝕性能，因而在冶金、鑄造及熱處理等領域獲得了廣泛應用.我們預期,在鐵基合金激光熔覆層中引入La將可能顯著改善合金表面的抗磨性能,從而擴大其摩擦學應用范圍.鑒于此,我們在鐵基合金激光熔覆層中引入不同含量的La2O3,考察了稀土對鐵基合金激光熔覆層組織及抗磨性能的影響.但目前稀土被引入激光熔敷工藝主要集中在鈷基、鎳基合金以及MCrAlY系合金涂層中。
1 試驗材料及方法
1.1 試驗材料
激光熔覆工藝
試驗基材采用100 mm×30 mm×10 mm的45鋼板；硬度約為220HV。以Fe基合金粉末（化學成分：0.21%C，1.18%B，3.25%Si，19.92%Cr， 12.60%Ni，其余為Fe；粒徑0.085~0.246 mm；流動性﹤22 s/50 g）作為涂層材料，稀土CeO2粉末純度為99.9%，稀土加入量分別為0.0%、0.3%、0.6%、0.9% 、1.2%和1.5%。將稀土氧化物粉末和鐵基合金粉末通過機械攪拌混合均勻,，干燥待用.。
采用3kW的CO2快速軸流激光器(輸出功率為1.5 kW,光斑直徑4 mm,掃描速度5 mm/s,功率密度1.19×104W/cm2,多道熔覆搭接率30%,同軸送粉方式)進行激光熔覆處理,熔覆層厚度約1 mm.
1.2 性能測試
采用CSM950型場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察熔覆層微觀組織形貌,并利用SEM所配置的能量色散X射線分析裝置(EDAX)分析熔覆層及其磨痕表面組成.采用MT-3型顯微硬度計沿熔覆層深度方向測量顯微硬度分布,載荷為1.96×10-3N,加載時間5 s,取10次測量結(jié)果的平均值.
1.3 摩擦磨損試驗
選用MM-200型摩擦磨損試驗機評價激光熔覆層的摩擦磨損性能.試驗前采用600#砂紙精磨激光熔覆層試樣表面;偶件為45#鋼環(huán)(外徑40 mm,內(nèi)徑16 mm,厚10 mm,硬度500HV).選用載荷分別為10 N、20 N、30 N、40 N、50 N;試驗時間15 min;線速度為0.42 m/s.在摩擦磨損試驗過程中每隔1 min記錄一次摩擦系數(shù);試驗結(jié)束后用丙酮清洗激光熔覆層試樣,隨后用讀數(shù)顯微鏡測定其磨痕寬度(測量精確度0.01 mm).
1 試驗材料及方法
1.1 試驗材料
激光熔覆工藝
試驗基材采用100 mm×30 mm×10 mm的45鋼板；硬度約為220HV。以Fe基合金粉末（化學成分：0.21%C，1.18%B，3.25%Si，19.92%Cr， 12.60%Ni，其余為Fe；粒徑0.085~0.246 mm；流動性﹤22 s/50 g）作為涂層材料，稀土CeO2粉末純度為99.9%，稀土加入量分別為0.0%、0.3%、0.6%、0.9% 、1.2%和1.5%。將稀土氧化物粉末和鐵基合金粉末通過機械攪拌混合均勻,，干燥待用.。
采用3kW的CO2快速軸流激光器(輸出功率為1.5 kW,光斑直徑4 mm,掃描速度5 mm/s,功率密度1.19×104W/cm2,多道熔覆搭接率30%,同軸送粉方式)進行激光熔覆處理,熔覆層厚度約1 mm.
1.2 性能測試
采用CSM950型場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察熔覆層微觀組織形貌,并利用SEM所配置的能量色散X射線分析裝置(EDAX)分析熔覆層及其磨痕表面組成.采用MT-3型顯微硬度計沿熔覆層深度方向測量顯微硬度分布,載荷為1.96×10-3N,加載時間5 s,取10次測量結(jié)果的平均值.
1.3 摩擦磨損試驗
選用MM-200型摩擦磨損試驗機評價激光熔覆層的摩擦磨損性能.試驗前采用600#砂紙精磨激光熔覆層試樣表面;偶件為45#鋼環(huán)(外徑40 mm,內(nèi)徑16 mm,厚10 mm,硬度500HV).選用載荷分別為10 N、20 N、30 N、40 N、50 N;試驗時間15 min;線速度為0.42 m/s.在摩擦磨損試驗過程中每隔1 min記錄一次摩擦系數(shù);試驗結(jié)束后用丙酮清洗激光熔覆層試樣,隨后用讀數(shù)顯微鏡測定其磨痕寬度(測量精確度0.01 mm).