27SiMn钢表面激光熔覆铁基合金涂层的制备及组织性能研究

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27SiMn钢具有淬透性高,切削性好以及加工性能优异等特点,应用较为广泛,常见于液压油缸的活塞杆。然而,由于活塞杆面临的工作环境较为恶劣,往复运动的过程中易在表面产生由于磨损腐蚀引起的裂纹,划痕和点蚀等缺陷。激光熔覆作为一项涂层制备技术,具有稀释率小、组织致密、结合强度高等优势,可应用于材料表面进行修复与再制造。本研究以27SiMn钢作为基体材料,通过添加0.4wt.%,0.8wt.%和1.2wt.%的稀土氧化物La2O3对涂层组织和性能进行调控,系统地研究稀土氧化物La2O3的添加对涂层组织和性能的影响规律,以及对送粉结构和工艺进行优化,系统地研究送粉结构的优化对涂层的组织和性能的影响。对于添加稀土氧化物La2O3的实验,添加适量的La2O3可以作为异质形核中心,增加形核率,起到细化晶粒,均匀组织的作用,使组织由粗大的柱状晶转化为尺寸较小的胞状结构,0.8wt.%La2O3铁基合金复合涂层的细化效果最为显著,且平均硬度(532.7HV0.3)最高。相比于未添加La2O3的涂层,0.8wt.%La2O3涂层的平均硬度提升了19.4%。过量的La2O3会削弱细化效果,涂层的硬度有所降低。27SiMn钢基体和0wt.%La2O3铁基合金涂层的磨损机制为疲劳磨损和粘着磨损,0.8wt.%La2O3铁基合金复合涂层的磨损机制为磨粒磨损。添加适量的La2O3可以有效抑制摩擦磨损过程中磨球的切削作用,其中0.8wt.%La2O3铁基合金复合涂层的体积磨损量最低,为27SiMn钢基体的22.9%。对于高速送粉实验,采用GF(重力式送粉)和HF(高速送粉)工艺制备的激光熔覆层的硬度远高于基体,可以起到保护基体的作用。由于高速送粉工艺中能量组成的多样化,HF涂层的组织由均匀且细小晶粒组成。高速送粉工艺的总能量为传统激光熔覆工艺的75.5%,可在低能量条件下实现高效熔覆。均匀且致密的显微组织有助于提高涂层的硬度,HF涂层的最大显微硬度为604HV0.3,比GF涂层的显微硬度高9.4%。较高的显微硬度使HF涂层具有更为优异的耐磨性。与GF涂层(0.37)相比,HF涂层的COF减小到0.23,磨损体积减小了19.5%,磨损机制为轻微粘着磨损和氧化磨损,GF涂层的磨损机制为严重的粘着磨损以及氧化磨损。
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