激光熔覆/熔注法制备金属基金刚石复合涂层研究

来源 :浙江工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:duandan718121553
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在已有的制备金刚石复合材料方法中存在涂层与基体结合强度低、涂层易产生裂纹、金刚石烧损严重、成本高等问题,本文以45钢作为试验用材,选用不同粒度金刚石颗粒与基质粉末分别进行激光熔覆和激光熔注试验,以探究激光熔注法制备金刚石复合涂层的可行性。以激光能量密度、金刚石颗粒粒度等作为可调参数分别进行激光熔覆和激光熔注工艺试验,对比两种试验方法的优缺点,并确定两种方法的最优工艺参数,制备出金刚石复合涂层,并通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD)对两种复合涂层的组织及金刚石颗粒与基体的结合情况进行分析;采用摩擦磨损试验机和电化学工作站对涂层的摩擦磨损性能及耐腐蚀性能进行了测试分析。实验结果表明,在制备金刚石复合涂层方面激光熔注法更容易得到含有金刚石颗粒的复合涂层。激光熔覆金刚石复合涂层中,金刚石颗粒几乎完全碳化。激光熔注金刚石复合涂层,不同激光能量密度下金刚石存在不同程度的碳化:激光能量较高时,金刚石颗粒发生碳化并溶解到基材中,形成一次渗碳体;激光能量较低时,金刚石颗粒以原始形态保留在涂层中。在最优参数下,涂层中金刚石颗粒达到了最大量,涂层内金刚石颗粒完整,边缘棱角分明。对两种方法制备的复合涂层进行相分析可知,激光熔覆铁基金刚石复合涂层中主要有强化相Fe0.64Ni0.36、过饱和固溶体Cr、碳化物FexCy和Mn5C2及石墨(金刚石);激光熔覆镍基金刚石复合涂层中主要有强化相FeNi3、碳化物Mn23C6及石墨(金刚石),激光熔注金刚石复合涂层中主要有石墨(金刚石)、γ-Fe、渗碳体以及CrSi2。最优参数下,由摩擦磨损实验可知,激光熔覆法制备的金刚石复合涂层的耐磨性较不加入金刚石涂层均有一定程度的提高,其中铁基金刚石复合涂层的耐磨性较铁基涂层提高了60%,其磨损形式主要是磨粒磨损,同时还有氧化磨损和轻微的粘着磨损;镍基金刚石复合涂层的耐磨性较镍基涂层提高了30%,其磨损形式为主要为轻微的粘着磨损和氧化磨损。激光熔注金刚石复合涂层的耐磨性较基体提高30%,其磨损形式以磨粒磨损为主,并伴有轻微的粘着磨损和氧化磨损。激光熔注金刚石复合涂层的耐蚀性较基体相比提高了一个数量级。
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