金属材料表面激光淬火和激光熔覆若干关键技术研究

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1、郑州大学博士学位论文金属材料表面激光淬火和激光熔覆若干关键技术研究姓名：晁明举申请学位级别：博士专业：凝聚态物理指导教师：姚建铨;梁二军2003.5.1襄妫大学博士学位论文援要表强糖糙度很小，可以直接使用；摩擦磨损试验表明，经激光淬火的U74钢轨的耐磨性能有明显改藩：实际铺设路轨对比试验表明，采用激光淬火工艺处理的U74道岔钢轨，使用寿命提高80％。该方法的搂广应用，将为铁路行业骺来极大的经济效益。二、金属材料激光表面熔覆技术研究。探讨了激光熔覆工艺参数对熔覆层性能的影晌的～般规律；对具有高硬、财磨、耐腐蚀、抗氧化等优良综合性能且使用广泛豹高硬度镍基自熔合

2、金粉末、镍基碳化钨金属陶瓷合会粉末的激光熔覆，进行了系统研究。并钟对阻碍激光熔覆毫硬度镍基合金技术实现工业化应用的主要闯题——熔覆鼷的裂纹问题，进行了深入的研究，寻求解决裂纹的有效方法。该问蹶的解决，对于激光熔覆技术的研究和皮用都有麓要的实际意义和理论价值。研究结果和主要结论如下：1．在高硬度镍基绒镍基碳化钨金属陶瓷耐磨激光熔覆层中，裂纹形成的基本微观组织原因可归因子涂鼷中大量存在的多种硬葳楣以及硬质相的不良分蠢形态所造成的涂层整体高脆性，难以承受熔覆过程中所产生的较高拉应力所致。酋次提出了添加邋量的对组织煮缨化晶粒、晶爨强化和变质{乍用的Ti02、CaO

3、、MgO等氧化物，以及选取合适的激光熔覆工慧参数以获得成形良好、无裂纹的高质蹙的熔覆层，且使涂层的组织鄹耐瘩性能均得到改善。2．实验表明，Ti02含量、工艺参数均对离硬度镍基合金复合涂鼷的质量和性能有明显影螭，且枣在最健参数组会。在本文所述实验条传下，当Ti02含量4wt．％、激光功率1．8kW、扫描速度2～3mm／s时，可以获得质量良好的熔覆层。3．微观枧遴分叛表甥，Ti02对Gl12镍基会金激建熔覆滋性毙鳇改善姻联予Ti02对熔覆层组织的均匀细化、对粗大针状脆性硬质相的抑制以及对韧性相成分的提高作用。4．G112+4wt．％Ti02涂羼组织分为两层，即

4、底部的胞状晶区和中部顶部的树枝状照区。腿状晶嚣缌织为：警(NiFe)固溶体+Cf羰诧物+TiC鬏靛躲伪多元共最传；恧捷枝状晶区中不樽析出粗大的块状脆性相，其组织为；细小的针状或花朵状碳、硼化物多元共疆+缀小颞救秘+韧搜萋转胡。5．扫描电镜(sEM)能谱(EDS)分析表明，Ti在熔覆层中的分布是比较均匀的，虽然在弱酃送域蠹，麓富集在蒙莰生成豹麓＆或联C鬏粒辑出提中，毽毽蠢部分聪毙较均匀地固溶在熔稷层组织的共晶体中。6．对予Glt2裹硬度会金耱寒审掺嘉羹CaO，当CaO含量l锹攥、激毙功搴1．8kW、扫描速度3mm／s时，W以获得成形良好、无宏观裂纹、组织致密

5、细化、耐磨性较好的熔覆层。CaO对G112镶基会金激光熔覆墨热熊戆改蒋羟霞予CaO鼹熔覆瑟缌织豹均匀细化作用。7+Gll2+1wt+％ca0涂层缀织分为嚣层，甏熔覆鬃下部戆遴酝蘸羧送窝孛爨颈罄鹃郑矧太擎薄士学位论文揍委撼搜坟鑫区。熔覆层下部豹避议网状送组织怒：则i黼国溶体襄少爨碳纯物豹伪共鹣体；熔覆层中部顶部的树枝品区组织为：树枝状Cr／Fe碳化物共晶体+球形颗粒状Cr碳化物+《NiFe)凋溶体会金基体。8．在G112高硬艨合金粉末中掺加Ti02和CaO，均能改普熔覆朦的质量和耐磨憔毙，後添热嚣娆豹效果更骥鬃，茏其在搀划涂层裂纹豹产生，降低涂层裂纹敏感性方

6、面，添加Ti02比添加CaO更有利。9．对于掺攘MgO熬镰基鞲：让钨激光熔覆涂层，瓷本文敷述实验条{孛下，当MgO掺入量0．15wt，％、激光功率1．8～2．OkW时，能够获樽组织细化、耐磨性好的金属陶瓷覆层。微双蓼l‘理分板裘明，MgO对碳纯钨金潺晦瓷熔覆层性魃豹改善{毽困予MgO辩晶界迁移的阻碍和对晶粒的均匀细化作用。10。MgO禽量0。15wt。％熬镶基酸纯钨熔覆层与蒸底豹缝会失冶金结食，涂层中部和上部组织为{1,(NiFe)+M23C6+MgB2+wC+MgNi2+Y’(Ni3Si)，其中"／(NiFe)和M23C6是主要提。3,(NiFe)是涂层

7、孛戆秘蛙基髂援，Mz3C6越搜稳、MgB2窝WC鬏粒鞠、MgNi2金属间化合物、T’(Ni3si)超点阵结构棚是涂层中的强化相。ll+对予掺翔0．2Wt。％Y203熬镰纂羰纯镳复合会余耱寒，在激毙臻率1．8kW，l曩描速度4mnffs条件下，可获樗组织均匀、细化，裂纹和气孔消失，杂质量减少的质嫩良好的焙覆层，显覆艨嫒度分鑫均匀，瓣褰链鹱提褰。12．从对激光熔覆涂层裂纹的控制角度考虑，掺加MgO和Y203均对镍熬碳化钨会矮辫瓷涂层鸯积极熟作蔫，二者稳玩，MgO熬效采菱妊一蹙。关键谰：激光盛焉，激光提炎硬纯(激光淬火)，激光熔覆，袭嚣改技，钢铁，复合涂层，镍基

8、合金，金属陶瓷，碳化钨，裂纹，Ti02，CaO，MgO，Y203，