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稀土對(duì)鐵基合金激光熔覆層耐磨及耐蝕性能的影響
閱讀：442 發(fā)布時(shí)間：2021-9-26
激光表面熔敷技術(shù)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(shù)難以實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)和廣闊的應(yīng)用前景，在工業(yè)技術(shù)和科學(xué)研究領(lǐng)域引起了普遍重視。利用表面改性可以有效地改善機(jī)械零件或工具的使用性能和延長(zhǎng)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(hù)具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值.與此相適應(yīng),激光熔覆在提高材料表面抗磨性能方面的應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注.稀土被人們稱為新材料的“寶庫(kù)”，自上世紀(jì)60年代被引用于金屬及合金的表面改姓以來(lái)，這方面的科研工作進(jìn)展迅速，取得了許多令人滿意的成果。人們揭示出，稀土對(duì)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(xué)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(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用.我們預(yù)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(kuò)大其摩擦學(xué)應(yīng)用范圍.鑒于此,我們?cè)阼F基合金激光熔覆層中引入不同含量的La2O3,考察了稀土對(duì)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(yàn)材料及方法
1.1 試驗(yàn)材料
激光熔覆工藝
試驗(yàn)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(xué)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(dòng)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(guò)機(jī)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(jìn)行激光熔覆處理,熔覆層厚度約1 mm.
1.2 性能測(cè)試
采用CSM950型場(chǎng)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(jì)沿熔覆層深度方向測(cè)量顯微硬度分布,載荷為1.96×10-3N,加載時(shí)間5 s,取10次測(cè)量結(jié)果的平均值.
1.3 摩擦磨損試驗(yàn)
選用MM-200型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)激光熔覆層的摩擦磨損性能.試驗(yàn)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(yàn)時(shí)間15 min;線速度為0.42 m/s.在摩擦磨損試驗(yàn)過(guò)程中每隔1 min記錄一次摩擦系數(shù);試驗(yàn)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(cè)定其磨痕寬度(測(cè)量精確度0.01 mm).
1 試驗(yàn)材料及方法
1.1 試驗(yàn)材料
激光熔覆工藝
試驗(yàn)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(xué)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(dòng)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(guò)機(jī)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(jìn)行激光熔覆處理,熔覆層厚度約1 mm.
1.2 性能測(cè)試
采用CSM950型場(chǎng)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(jì)沿熔覆層深度方向測(cè)量顯微硬度分布,載荷為1.96×10-3N,加載時(shí)間5 s,取10次測(cè)量結(jié)果的平均值.
1.3 摩擦磨損試驗(yàn)
選用MM-200型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)激光熔覆層的摩擦磨損性能.試驗(yàn)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(yàn)時(shí)間15 min;線速度為0.42 m/s.在摩擦磨損試驗(yàn)過(guò)程中每隔1 min記錄一次摩擦系數(shù);試驗(yàn)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(cè)定其磨痕寬度(測(cè)量精確度0.01 mm).