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激光熔覆Ni基WC涂层组织与性能研究

作　者: 刘兴光
导　师: 王勇
学　校: 中国石油大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 激光熔覆裂纹敏感性 Ni基WC 组织分析性能分析
分类号: TG174.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

鉴于目前激光熔覆涂层的高裂纹敏感性及专用粉末缺乏的现状，本课题采用实验与理论研究相结合的方法探寻激光熔覆Ni基WC涂层的高裂纹敏感性的微观组织原因。通过激光熔覆专用粉末设计，对目前的Ni包20%WC粉末进行改进，获得了SD-Ni45和SD-Ni55两种抗裂性好、性能优良的Ni基WC粉末，并对Ni包20%WC及改进后的SD-Ni45和SD-Ni55三种粉末的激光熔覆层的组织与性能进行了深入的研究。结果显示，相同工艺条件下，SD-Ni45与SD-Ni55粉末的无裂纹最高激光扫描速度大幅度提升，证明优化后的SD-Ni45与SD-Ni55粉末具有很好的抗裂性。激光熔覆Ni基WC涂层的裂纹分别萌生于熔覆层近表面部分，并向外扩展至熔覆层表面，向里扩展至熔合线，因热影响区存在相变压应力而止裂。Ni基WC激光熔覆涂层的裂纹属于低塑性高应力开裂的准解理裂纹，夹杂少量解理开裂区域。与优化前的Ni包20%WC熔覆层相比，SD-Ni45组织形貌更均匀，相组成更简单；SD-Ni55熔覆层组织形貌也更均匀，并形成了均匀分布的硼化物陶瓷相CrB，但在组成相的种类上无太大变化。三种涂层中均含有γ-（Ni,Fe），WC，α-W₂C，FeNi₃和Fe3C；Ni基20%WC与SD-Ni55两种涂层的物相种类基本相同，除以上5种相外，还包含CrB，M₆C，Fe₂B，Fe₃Si，M₂₃C₆及M₇C₃等相，两者的区别主要在于以上各相的比例及形态有所不同。SD-Ni45的良好韧性取决于主要由γ（Ni，Fe）固溶体和细小的γ（Ni，Fe）与Fe3C共晶组成的简单均匀的组织，而SD-Ni55的抗裂性主要取决于CrB的形成固定了B元素，从而降低了低熔点相Ni3B、Fe2B等的含量。Ni基20%WC、SD-Ni45和SD-Ni55熔覆层的表面平均洛氏硬度分别为HRC53，HRC45和HRC55。Ni基20%WC熔覆层磨损面较粗糙，有大量粘着痕迹，但无明显的磨痕；SD-Ni45熔覆层磨损面较为平整，有较多清晰的磨痕，还可以看到枝状晶初生相的痕迹；SD-Ni55熔覆层磨损面更加平整，具有最好的耐磨性。SD-Ni45熔覆层相对于Ni基20%WC熔覆层平衡电位略有降低，但耐蚀性提高了4倍多；SD-Ni55熔覆层相对于Ni基20%WC熔覆层平衡电位提高了44.2%，耐蚀性提高了10倍以上。

全文目录

摘要  4-5
abstract  5-9
第1章绪论  9-23
  1.1 课题研究意义  9
  1.2 激光熔覆技术  9-13
    1.2.1 激光熔覆技术简介  9-10
    1.2.2 激光熔覆技术特点  10
    1.2.3 激光熔覆的发展与应用  10-11
    1.2.4 常用激光熔覆材料  11-13
  1.3 Ni 基 WC 涂层技术研究现状  13-16
    1.3.1 热喷涂技术制备 Ni 基 WC 涂层  13-14
    1.3.2 等离子熔覆技术制备 Ni 基 WC 涂层  14-15
    1.3.3 激光熔覆技术制备 Ni 基 WC 涂层  15
    1.3.4 复合技术制备 Ni 基 WC 涂层  15-16
  1.4 激光熔覆层的裂纹问题及粉末设计  16-22
    1.4.1 Ni 基WC 熔覆层中的应力及裂纹问题  16-18
    1.4.2 激光熔覆材料设计的一般原则  18-19
    1.4.3 增强相的选择  19-21
    1.4.4 激光熔覆 Ni 基 WC 粉末的设计思想  21-22
  1.5 本文主要研究内容  22-23
第2章实验材料、方法与设备  23-30
  2.1 实验材料  23-26
    2.1.1 基体材料  23
    2.1.2 熔覆层材料  23-26
  2.2 实验流程与实验设计  26-27
    2.2.1 实验流程  26-27
    2.2.2 实验设计  27
  2.3 实验方法与设备  27-30
    2.3.1 激光熔覆层的制备  27-28
    2.3.2 熔覆层外观形貌观察  28
    2.3.3 熔覆层显微组织分析  28
    2.3.4 熔覆层物相分析  28
    2.3.5 熔覆层硬度测试与耐磨性分析  28-29
    2.3.6 熔覆层耐蚀性能分析  29-30
第3章激光熔覆Ni 基WC 涂层成型及裂纹敏感性研究  30-38
  3.1 Ni 基 WC 涂层成型分析  30-33
    3.1.1 工艺参数对成型的影响  30-32
    3.1.2 脱渣性及成型性  32-33
  3.2 裂纹形貌分析  33-36
    3.2.1 裂纹宏观形貌分析  33-34
    3.2.2 裂纹微观形貌分析  34-35
    3.2.3 裂纹断面分析  35-36
  3.3 本章小结  36-38
第4章激光熔覆Ni 基WC 涂层组织结构分析  38-56
  4.1 凝固分析  38-41
    4.1.1 熔覆层凝固前期—熔合区凝固分析  38-40
    4.1.2 熔覆层凝固中期—多种初生相的析出  40
    4.1.3 熔覆层凝固后期—共晶组织的形成  40-41
  4.2 显微组织分析  41-47
    4.2.1 组织形貌分析  41-45
    4.2.2 激光吸收率对组织形貌的影响  45-47
  4.3 相组成与成分分析  47-55
    4.3.1 XRD 分析  47-49
    4.3.2 TEM 分析  49-52
    4.3.3 EPMA 分析  52-55
  4.4 本章小结  55-56
第5章激光熔覆Ni 基WC 涂层性能分析  56-69
  5.1 硬度分析  56-58
    5.1.1 宏观硬度  56
    5.1.2 显微硬度  56-58
  5.2 摩擦磨损性能分析  58-64
    5.2.1 耐磨性分析  58-62
    5.2.2 磨损形貌分析  62-64
  5.3 耐腐蚀性能分析  64-68
    5.3.1 耐腐蚀性能分析  64-65
    5.3.2 腐蚀形貌  65-68
  5.4 本章小结  68-69
第6章结论  69-71
参考文献  71-76
致谢  76

激光熔覆Ni基WC涂层组织与性能研究

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