激光熔覆纳米TiN-Ni45A复合涂层组织与性能.pdf

《激光熔覆纳米TiN-Ni45A复合涂层组织与性能.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、。⋯Mac。ining激光加工激光熔覆纳米TiN—Ni45A复合涂层组织与性能米王存山，于群(大连G-Y-大学三柬材料改性教育部重点实验室，大连116023)【摘要】在38CrMoAI表面激光熔覆了纳米TiN—Ni45A复合涂层。利用X射线衍射仪、扫描电镜、电子探针、显微硬度计和摩擦磨损试验机，系统分析了纳米TiN含量对复合涂层的相组成、微观组织、硬度和摩擦磨损性能的影响。研究表明，不同纳米TiN含量的镍基复合涂层主要是由1一Ni树枝晶、(^y—Ni+Ni3B)共晶，以及分布于1一Ni晶粒内的M，，C。和TiN硬质相所组成。当纳米TiN的添加量为5．0％(质量分数)时，复合涂

2、层中1一Ni树枝晶发生了明显粗化，且其数量有所增加。而"-3纳米TiN的添加量超过5．0％时，^y—Ni树枝晶则开始逐渐细化，其数量逐渐减少，且树枝晶的生长形态逐渐由等轴树枝晶转变为柱状树枝晶。与此同时，通过团聚长大的微米TiN颗粒数量逐渐增多，分布也越趋均匀。随着纳米TiN添加量的增加，复合涂层的平均硬度在整体上呈逐渐增加的变化趋势，减摩性和耐磨性在纳米TiN的添加量为15．0％时达到最优，其摩擦系数和磨损体积较未添加纳米TiN的镍基合金涂层分别降低了8．7％和32．3％．而平均硬度值则提高了7．0％。关键词：激光熔覆；纳米TiN；镍基合金；组织DoI：10．16080／j

3、．issnl67l-833x．2016．19．039王存山副教授．主要从事激光表面改性和激光快速成形研究。主持和参加国家自然科学基金面上项目．国家自然科学基金重点项目、国家科技项目及其他科研项目10余项。发表学术论文80余篇。+基金项目：中航工业产学研专项课题(o(Y2012D(、35)。38CrMoAl是新型飞机某关键构件用钢，其在服役过程中不仅会发生严重的滑动磨损，而且要承受高载荷的冲击作用。采用传统的氮化工艺虽可有效提高构件表面的耐磨性和抗疲劳性能，但由于氮化层高的脆性，在冲击载荷作用下极易导致渗氮层产生开裂，甚至发生剥落，直接影响到构件使用的安全性和可靠性。因此，如何

4、通过先进的表面改性技术综合提高38CrMoAI表面的耐磨性和抗冲击能力具有现实的工程意义。激光熔覆技术是以不同的添料方式在被熔覆基体表面放置被选择的涂层材料，经激光辐照使之与基体表面一薄层同时熔化，形成与基材呈冶金结合的表面涂层，从而显著提高材料表面性能的一种方法11-610激光熔覆层自行构成特殊的合金，其性能主要取决于熔覆材料的成分，为实现构件特殊表面性能的要求，科学合理地设计与选择熔覆材料至关重要。Ni45A自熔性合金具有适中的强韧性配合，且与38CrMoAl基材有着良好的物化相容性，易获得高致密性，与基材保持良好冶金结合的合金涂层，是制造高抗冲击能力的理想熔覆材料。但由

5、于合金中硼和碳元素的含量相对较低，限制了组织中硼化物和碳化物的数量，致使合金的耐磨性有所不足。如果将其与硬质颗粒相相结合，制备出硬质颗粒增强复合涂层，则可以发挥两种材料各自的性能特点，在保持自熔性合金良好强韧性的同时，利用硬质颗粒相高的硬度，提升涂层的耐磨性能。相关研究表明，复合涂层的性质除取决于硬质颗粒相的种类、形态、数量和分布外，还2016年第19期·航空制造技术39钐论坛衫论坛FORUM与颗粒的尺寸密切相关。对于微米级硬质颗粒相，因其内部含有晶体缺陷较多，在激光熔覆热应力作用下，易在缺陷处产生微裂纹，进而降低涂层的致密性和力学性能【7一“。而在小尺寸作用下，纳米硬质颗粒

6、相不仅具有优异的力学性能，而且低的表面缺陷和大的比表面积，可极大缓解裂纹的产生，从而提高硬质颗粒和基质合金之间的界面结合强度112-1810纳米TiN具有典型的NaCl结构，属面心立方点阵。作为过渡族氮化物，其不仅拥有高的硬度、优异的耐磨性和抗冲击能力，而且与基质合金中1一Ni相有相同的晶体结构，二者点阵错配度远低于12％，可作为^y—Ni非均质形核质点，细化凝固组织，并保持二者之间良好的界面结合。为此，本文以纳米TiN为增强相，以Ni45A镍基自熔性合金粉末为熔覆基质材料，在38CrMoAl钢表面激光熔覆了不同纳米TiN含量的镍基复合涂层，系统分析了复合涂层组织和性能随纳米

7、TiN含量的变化规律。试验材料与方法选取调质态的38CrMoAl钢为激光熔覆基体材料，其尺寸为20mm×10mmX10mm。选用粒度为45～180¨m的Ni45A自熔性合金粉末为熔覆层的基质材料，其具体化学成分如表1所示。选取粒度为80nm的TiN颗粒为熔覆层的增强相，其添加质量分数分别为5％、10％、15％和20％。首先按比例配制复合粉体，并将其置于真空球磨机中进行充分混合；然后采用铺粉法，在基材表面预置一层厚度约为1．0mm的复合粉末层；最后采用5kW数控CO：激光加工系统进行熔覆层的沉积。激光熔覆