【摘 要】
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目前普通低碳钢被广泛应用在各个工业生产领域,具有优良的综合性能,价格低廉,但由于钢材自身性质限制,同时工作在特定工况和恶劣环境下,表面会出现磨损而失效。近年激光熔覆技术得到发展,作为一种新型表面改性技术激光熔覆可以保证基体原有的力学性能,在低碳钢零件表面制备具有高硬度、耐高温、耐磨损和抗氧化的优异涂层,延长零件使用寿命,降低更换成本。本论文采用激光熔覆技术在45钢表面制备低成本复合涂层,选取304
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目前普通低碳钢被广泛应用在各个工业生产领域,具有优良的综合性能,价格低廉,但由于钢材自身性质限制,同时工作在特定工况和恶劣环境下,表面会出现磨损而失效。近年激光熔覆技术得到发展,作为一种新型表面改性技术激光熔覆可以保证基体原有的力学性能,在低碳钢零件表面制备具有高硬度、耐高温、耐磨损和抗氧化的优异涂层,延长零件使用寿命,降低更换成本。本论文采用激光熔覆技术在45钢表面制备低成本复合涂层,选取304L粉末作为熔覆材料,利用稀土、超声振动、真空环境三种辅助手段进一步提升涂层性能,修复零件磨损表面。首先,通过多组试验激光熔覆304L涂层,观察与分析熔覆层的宏观形貌和截面形貌来确定激光熔覆的最佳工艺参数。然后,在熔覆粉末中添加稀土La2O3,制备304L+La2O3复合涂层,研究不同稀土含量对熔覆层的影响,观察熔覆件的组织以及各性能,获得最优粉末配比,在此基础上进行后续试验。接下来,分别将超声振动和真空环境作为辅助工艺施加在激光熔覆的试验过程中,通过检测熔覆层的物相组成、宏观外貌、显微组织、显微硬度和耐磨性能,探究这两种辅助工艺对304L+La2O3复合涂层的性能提升。试验结果表明,在45钢表面激光熔覆304L粉末的最佳工艺参数为:激光功率1800W、扫描速度4 mm/s、光斑直径4mm、多道搭接率50%。随着不同含量的稀土La2O3的加入,熔池的流动性得到明显提高,涂层表面均无裂纹产生;涂层的物相组成基本相同,均是由Cr0.19Fe0.7Ni0.11和少量CFe2.5构成,但La2O3的加入使Cr0.19Fe0.7Ni0.11衍射峰峰值下降,CFe2.5峰值升高;La2O3含量为1%熔覆层的显微组织由胞状晶和柱状晶组成,组织排列也最为均匀,致密,组织细化明显;显微硬度为703.6 HV,相比未加入La2O3熔覆层显微硬度提高了20.6%,磨损机理为粘着磨损和疲劳磨损,且磨痕最浅。分析得出1%含量La2O3为最优添加量。施加超声振动后,304L+La2O3复合涂层表面的首道熔覆高度和其他次道熔覆高度差明显减小;由于超声波对熔池内的液态金属产生空化作用,组织得到细化;熔覆层的物相由Cr0.19Fe0.7Ni0.11、CFe2.5、Cu0.81Ni0.19组成,相比无超声振动的物相多出Cu0.81Ni0.19;超声振动下的声流作用加快了分子运动使得基体中Cu元素进入熔覆层形成新物相,也使得各元素分布均匀;平均显微硬度是758.2 HV,平均摩擦因数为0.388,磨损量为12.12×10-3mm~3,熔覆层的磨损量降低了12.9%,硬度和耐磨性有所增强。真空环境下制备的304L+La2O3涂层表面由于隔绝氧气,其表面几乎未受氧化,且存在一定金属亮度;真空环境中熔覆,可以利用熔池与真空的压力差,充分释放出液态金属中的气体,增加了熔池的流动性,涂层中部显微组织是由数量较多的胞状晶构成;熔覆层中Fe、Cr、Ni、C等元素分布也更加均匀;平均显微硬度是797.9HV,比无真空环境下熔覆层的平均显微硬度提高了13.4%;涂层的磨损量为11.56×10-3 mm~3,磨损量降低了16.9%;其磨损形式主要是轻微的粘着磨损。
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