45钢表面激光熔覆Ni60CuMoW合金的组织与性能

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1、材料研究MATERIALSRESEARCH45钢表面激光熔覆Ni60CuMoW合金的组织与性能刘杨彬（中国矿业大学，北京100083）摘要：激光熔覆是利用高能量激光束熔化涂层材料和薄层基体，形成一个无气孔、无裂纹并能和基体形成良好冶金结合的表面涂层，它己成为现代表面技术体系中的极具发展前途和颇具特色的新技术之一，并在“21世纪的再制造工程”中有着广阔的应用前景。[1]本文用GS-TFL6000A型横流式CO2激光器在45钢基体表面进行了Ni60CuMoW粉末的激光熔覆。研究了激光功率工艺参数对激光熔覆涂层组织结构

2、与性能的影响，借助光学显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计和电化学腐蚀等仪器设备对不同功率下熔覆层的组织结构进行了观察和分析。研究结果表明：在激光功率P=2.8~3.2kW、扫描速度V=500mm/min、送粉速度M=8.5g/min的条件下，可得到熔覆层表面光滑致密、组织细小均匀、硬度高（大约是基体的2~3倍），且与基体实现了良好的冶金结合，耐腐蚀性好。关键词：激光熔覆；Ni60CuMoW合金；显微组织；显微硬度；耐蚀性能。中图分类号：TG174.44文献标志码：A文章编号：1674-3024（2012）09-01

3、01-0545钢是应用最为广泛的一种结构钢，综合性能较好，大部分采用等离子或火焰喷涂的方法，将熔覆材料预置可用于众多领域。在航空、航天、海洋、石油化工及生物在基体材料上，随后进行激光熔覆，并于1976年诞生医学工程等领域中有着广泛的应用，随着工业技术的不断了第一个论述高能激光熔覆的专利。由于技术上的问题，进步，其应用领域愈来愈广，应用量愈来愈大，适用条件激光熔覆经历了发展相对缓慢的时期。进入上世纪80年变得愈来愈苛刻，对45钢性能要求也愈来愈高。但45钢代，激光熔覆技术得到了迅速发展。同时引起了国内外的耐磨性、耐

4、腐蚀性能差，大大限制了45钢的应用范围。普遍关注，纷纷投入人力，物力，财力进行研究。进入上因此，提高45钢的耐磨性、耐腐蚀性能，对扩大45钢应世纪90年代以后更呈现出科学研究与应用开发蓬勃发展[3-4]用范围具有很重要的意义。的大好局面。为了提高45钢的耐磨性能，国内外材料工作者对1实验材料与方法45钢的表面改性技术进行了广泛的研究，如采用热处理、化学镀、喷涂、溅射与沉积、激光熔覆、微弧氧化及离实验基体材料选用45钢，尺寸长宽厚为100mm×子注入等方法在45钢表面制备耐磨、耐腐蚀涂层。其中40mm×6mm。实验

5、进行之前，基体材料表面用用机械研的激光熔覆是代表表面工程发展方向和水平的表面改性磨或砂轮打磨掉氧化皮，再用砂纸打磨，增大表面光洁度，新技术之一，利用激光熔覆技术在45钢表面进行改性处减少对激光的漫反射，然后再用乙醇、丙酮清洗吹干，置理可得到与基材冶金结合，稀释率低，表面形貌良好的于烘箱中烘干，防止表面氧化。其化学组成如表1.1所示。熔敷涂层。表1.145钢化学成分（％）激光熔覆技术是利用高能密度的激光使材料表面成CSiBFeCuCrMoWNi分、组织结构和性能实现预期变化的高新技术，同时，0.5-1.03.5-5

6、.03.0-4.5＜8.02-414-192-42-3余量它也是涉及光、机、电、计算机、材料、物理、化学等[2]门学科领域的跨学科的高新技术。作为新兴的表面改通过对基体金相照片的观察分析，可以看出基体组织性技术，它的发展可以追溯到上世纪60年代。当时许多主要由片状珠光体和铁素体组成，白色为铁素体，构成网学者致力于在低熔点基体上熔覆耐磨材料，这些材料包络状、条状分布，晶粒大小极不均匀。基材的显微组织如括：钨及其碳化物，钼、铅、钛等及其碳化物和氧化铝，图1.12012年第9期建筑建材装饰101材料研究MATERIAL

7、SRESEARCH期1s，电位扫描区间为-1500~200mV。2实验结果与分析2.1熔覆层的宏观形貌和微观组织2.1.1熔覆层的宏观形貌高质量的激光熔覆层必须具有的条件之一是具有图1.1基材的显微组织（a）基材×100（b）基材×200良好的宏观形貌，即光滑平整、没有明显表面裂纹、气[5]试验选用GS-TFL6000A型，6kW横流CO2激光器。孔。熔覆材料选用粉末化学成份：Ni60CuMoW合金粉末（属1、激光功率对熔覆层宏观形貌的影响于镍基自熔性合金粉末，熔点低、自熔性好，具有良好的图2.1是在扫描速度50

8、0mm/min条件下，激光功率变韧性、耐冲蚀性能、耐磨性能和抗氧化性能，同时对基化导致熔覆层宏观形貌的变化。材又具有较好的润滑性。）。粉末熔化温度：1020~1140℃，激光功率代表着熔覆过程中能量的输入，在其它工艺其基本组成见表1.2。参数一定的条件下，如果激光功率过小，能量输入不足，表1.2Ni60CuMoW粉末化学成分％会导致粉末熔解不充分，激光熔覆组织不连续，不能