稀土氧化物CeO2对H13钢激光熔覆钴基合金组织和性能的影响.pdf

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1、硕士学位论文稀土氧化物CeO2对H13钢激光熔覆钴基合金组织和性能的影响THEEFFECTOFRAREEARTHOXIDECeO2ONMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFLASERCLADDEDCo-BASEDALLOYONH13STEEL魏铭哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG174.4学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工程硕士学位论文稀土氧化物CeO2对H13钢激光熔覆钴基合金组织和性能的影响硕士研究生：魏铭导师：赵洪运教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：20

2、18年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG174.4U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEEFFECTOFRAREEARTHOXIDECeO2ONMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFLASERCLADDEDCo-BASEDALLOYONH13STEELCandidate：WEIMingSupervisor：Prof.ZHAOHongyunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSp

3、eciality：MaterialsEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要稀土因其能显著改善金属组织和性能而在冶金等领域得到了普遍的应用。本文的目的是探究稀土元素对激光熔覆钴基合金组织和性能的影响，提出了先进行工艺优化研究和设计掺杂不同含量CeO2的钴基熔覆粉末体系，再将含Ce量不同的粉

4、末在最佳工艺参数下熔覆在H13钢表面的方法。研究了Ce含量对熔覆层组织、元素分布、相组成和硬度的影响，并分析了熔覆层裂纹敏感性，最后论文揭示了在实际工作环境中Ce含量对熔覆层耐腐蚀和耐磨性的影响规律。确定了0-4%为CeO2的合理加入范围。用纳米硬度、开路电位和摩擦系数作为评价标准，借助SPSS软件处理数据，得到激光器最佳工艺参数：电流380A、频率4Hz、脉宽8ms，并用该参数制备含Ce量不同的熔覆层。研究发现适量的Ce可以细化组织，但过多的Ce会以化合物的形式固溶到金属化合物中，组织又变得粗大，2%加入量时组织最细化。Ce的加入影响了金属元素Ni、Cr、S

5、i、Co、Fe的分布，适量的Ce增强了熔池流动性，过量的Ce反而使扩散作用变得困难。物相分析发现Ce的添加并未改变覆层的相组成。适量的Ce元素对覆层的细晶强化和固溶强化作用使得覆层的硬度明显提高，2%加入量的熔覆层顶部的硬度较不加入Ce时提高了近100HV0.2。通过添加适量Ce元素，有效减少了裂纹改善了覆层成形。通过对温度场分析，激光熔覆快冷快热时最大冷却速度数量级为103K/s，这个冷速极易产生裂纹；瞬时应力场分析和基于纳米压痕技术通过Xu公式计算出的熔覆后的残余应力值均表明覆层顶部和熔合线应力值最大。应力值越大，越易产生裂纹。为了有实际的使用价值，通过电

6、化学工作站和摩擦磨损设备研究了Ce对熔覆层主要使用性能的影响。开路电压、阻抗谱和极化曲线分别从热力学和动力学上比较了耐腐蚀性，研究发现，在2NH2SO4和5%NaCl溶液中，耐腐蚀性的大小随Ce含量添加均表现为2%＞1%＞3%＞0%＞4%。电化学噪声的时域、频域和小波分析确定了覆层在硫酸溶液中的腐蚀过程分为三个阶段：第一阶段均匀腐蚀，第二阶段亚稳态点蚀，第三阶段为点蚀阶段。论文提出了Ce元素主要是在腐蚀的第一、二阶段起作用。表征耐磨性的摩擦系数和磨损失重都表现出随Ce的增加先增后减，2%时的耐磨性最好，1%、2%和3%Ce添加量时的磨损形式为磨粒磨损，0%和4

7、%时为磨粒磨损和氧化磨损。关键词：激光熔覆；钴基合金；稀土元素；电化学腐蚀I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractRareearthhasbeenwidelyusedinmetallurgyandotherfieldsbecauseofitsabilitytosignificantlyimprovemetalstructureandproperties.Thepurposeofthispaperistoinvestigatetheeffectofrareearthelementsonthemicrostructureandpropertiesoflas

8、ercladdedcobalt-bas