【摘 要】
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Ni3Al基复合涂层在提高基体材料强度及耐磨性方面具有显著的优势和广阔的应用前景。然而,针对Cr7C3/Ni3Al合金粉激光熔覆层在重载柴油发动机关键零部件活塞表面应用的研究较少。本文选用42Cr Mo合金钢作为基板材料,使用自主设计的Cr7C3/Ni3Al合金粉末进行激光熔覆。研究了激光熔覆工艺参数及熔覆粉末粉体形式对熔覆层组织及性能的影响规律,为实现激光熔覆Cr7C3/Ni3Al合金粉熔覆层在
【基金项目】
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国家重点研发计划（2020YFE0200900）；
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Ni3Al基复合涂层在提高基体材料强度及耐磨性方面具有显著的优势和广阔的应用前景。然而,针对Cr7C3/Ni3Al合金粉激光熔覆层在重载柴油发动机关键零部件活塞表面应用的研究较少。本文选用42Cr Mo合金钢作为基板材料,使用自主设计的Cr7C3/Ni3Al合金粉末进行激光熔覆。研究了激光熔覆工艺参数及熔覆粉末粉体形式对熔覆层组织及性能的影响规律,为实现激光熔覆Cr7C3/Ni3Al合金粉熔覆层在重载柴油发动机关键零部件活塞表面的工程化应用提供参考。研究结果表明:（1）考虑激光功率、扫描速度和送粉速率三因素对激光熔覆层成型质量、形状和稀释率的影响,对激光熔覆工艺进行了优化。当激光功率2 k W,扫描速度3 mm/s,送粉速率1.05 kg/h时,熔覆层成型质量优异,无氧化和裂纹缺陷,稀释率为9.26%,熔高为2.19 mm。（2）在选定工艺参数范围内,Cr7C3/Ni3Al合金粉熔覆层物相均由γ′-Ni3Al、β′-Ni Al及原位自生Cr7C3组成。随着激光功率的增加及扫描速度的减小,Cr7C3颗粒逐渐长大,分布呈现无序化;随着送粉速率的增加,Cr7C3颗粒逐渐细小、规则,分布有序化。（3）对比Cr7C3/Ni3Al原位生成合金粉与Cr3C2/Ni3Al混合粉两种形式粉末的激光熔覆层发现:熔覆层均由γ′-Ni3Al、β′-Ni Al及原位自生Cr7C3相组成,但混合粉熔覆层中还含有未完全溶解的Cr3C2颗粒。合金粉熔覆层中Cr7C3颗粒相对较小、均匀且分布有规律,而混合粉熔覆层中Cr7C3异常长大以及聚集分布,同时Cr3C2周边出现行星式分布的小尺寸Cr7C3。（4）熔覆层显微硬度均在520 HV0.1以上,且合金粉熔覆层显微硬度值的波动相对混合粉熔覆层更小;熔覆层与基板之间形成良好冶金结合,且熔覆层抗氧化性良好。（5）熔覆层的摩擦磨损性能与碳化物尺寸及其分布有关。碳化物尺寸过大或过小时,熔覆层的摩擦系数较大且磨损率较高;大尺寸与小尺寸碳化物比例合适且呈有序分布时,熔覆层的摩擦系数及磨损率均较低;Cr7C3/Ni3Al合金粉熔覆层与Cr3C2/Ni3Al混合粉熔覆层均表现为磨粒磨损和黏着磨损机制,而合金粉熔覆层摩擦系数更低且波动更小,主要与熔覆层中碳化物的规则形貌及其有序分布有关。
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