复合场辅助激光熔覆Fe60涂层的显微组织及性能研究

作     者：石海 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑必举;刘洪喜

授予年度：2018年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：激光熔覆 复合场 显微组织 机理 耐蚀性 

摘      要：激光熔覆是一个经高能热源快速加热熔化,并在光斑移开之后快速冷却的过程,在快冷的过程中涂层和基材间的热膨胀系数、杨氏模量、导热系数的不同以及金属溶液粘度大等原因可能形成裂纹、气孔等缺陷,而缺陷的存在将会降低涂层的寿命或是其使用性能,严重时会使涂层无法使用,这会为生产带来不必要的经济损失,给使用过程中带来安全隐患。根据以上特点,本文综合机械振动和磁场的性能特点设计了一种复合场装置,并用该装置辅助激光熔覆在45钢表面制备出了Fe60合金涂层,借助OM、SEM对复合场辅助激光熔覆铁基涂层的涂层形貌以及热影响区的深度进行了分析,除以上两种测试手段外,还结合XRD、EDS等分析测试方法分析了涂层的相组成、晶体结构,测试了涂层的硬度及耐蚀性能。此外,在上述测试基础上探讨了涂层形貌及热影响区深度于复合场工艺参数间的关系,分析了复合场对涂层内部熔覆缺陷的影响,并研究了复合场可以改善涂层组织结构的原因。以期能够改善涂层组织、提高熔覆质量,为激光熔覆在实际应用中提供一个切实可行的新方法。在稳恒磁场励磁电流为3.2 A、振幅为3档(振动频率固定为100 Hz)时涂层表面质量及涂层组织结构都得到明显改善。在未施加辅助场时热影响区深度为845μm,复合场参数最大状态时为590μm,振动3档时为519μm,励磁电流为3.2 A时为580μm。虽然复合场减小热影响区深度的作用也比较明显,但比单一场时候要弱。同时复合场还有助于减少涂层中的裂纹数量以及长度。涂层中组织主要包含胞状晶、树枝晶以及等轴晶,且涂层底部胞状晶最多。但辅助场的加入有细化晶粒的作用,同时还能使胞状晶和树枝晶向等轴晶转变,通过对比发现单一场时振动场对涂层底部细化作用效果明显中上部,使涂层底部的胞状晶细化形成等轴晶或使树枝晶被打断成为短小树枝晶,涂层中上部也存在晶粒细化,较底部而言变化较小;磁场对晶粒细化效果与振动场相反,在涂层中上部更为显著。复合场作用下不仅能兼顾振动场与磁场的作用,还能增强磁场在涂层中上部对晶粒的细化作用。此外,复合场还可有效较小稀释区深度,未加辅助场时结合区深度为2.77μm、振幅为3档,稳恒磁场电流为3.2 A时结合区深度为1.75μm、加单一振动场时结合区深度为1.94μm、加单一磁场时结合区深度为1.92μm,可见复合场状态下有助于增强单一磁场或是振动场的降低热穿透的作用。辅助场的引入并不会改变涂层中的相结构,涂层主要相结构包括Fe-Cr、(Fe,Ni)、Ni-Cr-Fe固溶体以及Fe23(C,B)6化合物,但EDS结果表明复合场的辅助作用有利于传质,可提高Fe-Cr合金含量。复合场能够有效起到细化晶粒,改善涂层组织结构,和传质的作用,有助于提高涂层性能。复合场参数最大时制备的涂层显微硬度和耐蚀性能表现最佳,显微硬度最大值可达702 HV0.2,耐蚀性也得到增强。