不锈钢表面激光熔覆涂层及其性能研究

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316L不锈钢具有优异的抗氧化、耐腐蚀和耐高温性能,因此,被广泛应用于石油化工、航空和汽车制造等领域。但单相的奥氏体组织导致不锈钢表面硬度较低,耐磨损性能较差,致使316L不锈钢零件在服役过程中容易发生磨损失效,为工业生产带来了较大的安全隐患。激光熔覆技术是不锈钢表面修复或改性的重要方法之一,加工过程中损耗小,无废液流出,所制备的涂层性能优异,符合中国绿色发展理念。因此,本文采用激光熔覆技术,在316L不锈钢表面制备了Inconel 718/Ce O2熔覆涂层,研究了不同激光功率、扫描速度和Ce O2含量对涂层物相以及显微组织的影响,分析涂层性能的变化规律。主要研究内容如下:(1)为研究激光功率对Inconel 718涂层组织及性能的影响,保持扫描速度不变(2mm/s),制备了不同激光功率(1400、1600和1800 W)的Inconel 718涂层。结果表明,不同激光功率下制备的涂层物相组成一致,均由γ~(Fe,Ni)固溶体、Ni3Nb和MCX(M=Cr、Nb、Mo)等物相组成。随着激光功率的增大,涂层的硬度不断降低,耐磨损性能先提升后下降。当激光功率为1600 W时,涂层组织由平面晶、柱状晶、胞状晶以及等轴晶组成,涂层平均显微硬度为604.6 HV0.2,是316L不锈钢基体硬度的3.1倍;摩擦系数为0.3,明显低于基体的摩擦磨损系数(0.6);磨损率为2.97×10-5 mm~3·N-1·m-1,仅为基体磨损率的20%。(2)为研究扫描速度对Inconel 718涂层组织及性能的影响,保持激光功率不变(1600W),制备了不同扫描速度(1.5、2和2.5 mm·s-1)的Inconel 718涂层。结果表明,扫描速度也不会改变涂层的物相组成,均由γ~(Fe,Ni)固溶体、Ni3Nb、和MCX(M=Cr、Nb、Mo)等物相组成。随着扫描速度的增大,涂层硬度与耐磨损性能先提升后下降,扫描速度为2mm·s-1的涂层枝晶形貌规则有序,硬度较高(604.6 HV0.2)且分布均匀,摩擦磨损形貌相对平滑,发生的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损。(3)为研究Ce O2含量对Inconel 718涂层组织及性能的影响,利用所得的最佳工艺参数,制备了不同Ce O2含量(0、1、2、3、4和5 wt.%)的Inconel 718涂层。结果表明,不同Ce O2含量的涂层均由γ~(Fe,Ni)固溶体、Ni3Nb和MCX(M=Cr、Nb、Mo)等物相组成,当Ce O2含量为1 wt.%时,涂层中未出现Ce2O3相;当Ce O2含量为2、3、4%和5 wt.%时,涂层中生成了Ce2O3相。随着Ce O2含量的增加,涂层中组织尺寸先减小后增大,对应的硬度及耐磨损性能先提升后降低,但对于涂层的耐腐蚀性能影响不大。当Ce O2含量为2 wt.%时,涂层中组织细小,平均显微硬度最大(771.6 HV0.2),摩擦系数(0.126)及磨损率(0.94×10-5 mm~3·N-1·m-1)最低,耐磨损性能最好;自腐蚀电位为-0.495 V,自腐蚀电流密度为2.05×10-4 A·cm-2,此时自腐蚀电位最高,自腐蚀电流密度最小。
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