h13钢表面激光熔覆梯度涂层及其组织与性能研究

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1、万方数据分类号UDC密级学位论文1-113钢表面激光熔覆梯度涂层及其组织与性能研究作者姓名：郭娜指导教师：杨玉玲教授东北大学理学院申请学位级别：硕士学科类别：理学学科专业名称：凝聚态物理论文提交日期：2014年6月论文答辩日期：2014年6月学位授予日期：2014年7月答辩委员会主席：杜安评阅人：杜安、刘恩泽东北大学2014年6月万方数据AThesisinCondensedMatterPhysicsInvestigationonMicrostructureandPropertiesofGradientCoatingPrepared

2、byLasercladdingonH13SteelByGuoNaSupervisor：ProfessorYangYulingNortheasternUniversityJune2014万方数据独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢=亡：．思。学位论文作者签名：轷研日期：卯膨多．So学位论文版权使用授权书本学位论

3、文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口两年口学位论文作者签名：静栅签字日期：伊膨占、多p导师签名：签字日期：枷孑谚俨序参、39万方数据东北大学硕士学位论文摘要H13钢表面激光熔覆梯度涂层及其组织与性能研究摘要H13钢因其具有优良的综合性能，是搅拌摩擦焊中常用的搅拌头材料。在搅拌摩擦焊接过

4、程中，搅拌头的工作层容易产生高温变形和磨损而导致搅拌头失效，限制了该技术的应用和发展。因此，改善搅拌头材料H13钢的表面性能，延长其使用寿命、扩大其在高熔点材料焊接中的应用就显得尤为重要。众所周知，所有的失效都是从表面开始的，因此，本文通过激光熔覆技术制备梯度熔覆层，对H13钢的表面进行改性处理来提高H13钢的性能，以期为磨损搅拌头的修复和直接成型制造奠定基础。本文选用镍基和钴基合金作为熔覆材料，并添加了WC、TiCN等增强粒子。通过正交实验，优化激光熔覆的工艺参数，最优参数为离焦量20l'nlil、频率30Hz，扫描速度100m

5、m／min、脉宽2．0ms、单脉冲能量6．46J，搭接率30％。在此工作的基础上，制备梯度熔覆层，并通过相应的检测手段对其微观组织结构、显微硬度分布、耐摩擦磨损性能以及耐高温氧化性能等进行了测试分析，得到的结论如下所示。WC和TiCN增强的Co基和Ni基熔覆层的微观组织均大致保持了从底部到顶部逐渐细化的趋势，增强相WC和TiCN含量的增加有利于细化组织结构，两种增强相对Co基熔覆层组织分布影响不明显。而Ni基熔覆层的组织均匀性受到增强颗粒的影响较明显。TiCN增强的Ni基熔覆层比WC增强的Ni基熔覆层表现出更好的组织均匀性。另外，

6、梯度熔覆层的组织呈现更均匀的分布状态。WC和TiCN增强的Co基和Ni基熔覆层显著地提高了H13钢的硬度。梯度熔覆层的设计不但获得了更高的显微硬度值，还改善了显微硬度的梯度分布，三层梯度熔覆层的显微硬度呈现出更平缓的梯度下降，这种分布有利于防止熔覆层的性能突变。比较分析可知，同等条件下，WC增强的Co基和Ni基熔覆层的显微硬度高于TiCN增强的熔覆层，各种熔覆层的硬度值从高到低依次是：WC增强Co基涂层，WC增强Ni基涂层，TiCN增强Co基涂层，以及TiCN增强Ni基涂层。与H13钢基底相比，梯度熔覆层表现出更优越的耐磨性能。W

7、C和TiCN增强的两III万方数据东北大学硕士学位论文摘要层和三层梯度熔覆层的磨损失重远小于H13钢和单层熔覆层，进一步表明梯度熔覆的设计有利于改善H13钢的耐磨性。H13钢基底的磨损机制主要是黏着磨损，单层Co基熔覆层表现为粘着磨损和磨粒磨损形貌，单层Ni基熔覆层表现为粘着磨损，而WC和TiCN增强的两层和三层的梯度熔覆层则主要表现为磨粒磨损。WC增强的熔覆层较TiCN增强的熔覆层表现出更优良的耐磨性。激光熔覆梯度涂层提高了H13钢的耐高温氧化性。熔覆材料(Co、Cr、Ni等)在H13钢表面生成的氧化膜细密，阻止了氧元素的进一步

8、扩散。梯度熔覆层的设计提高了熔覆层的抗氧化性。对比分析发现，Co基熔覆层较Ni基熔覆层具有更优良的耐高温氧化性，而增强相WC在提高熔覆层的耐高温氧化性方面优于TiCN增强相。关键词：H13钢；激光熔覆；梯度涂层；摩擦磨损；高温氧化；IV万方数据东北