激光重熔等离子喷涂WC/Fe涂层的组织与耐磨性能研究

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机械设备经常在复杂恶劣的工况下运行,如变载荷、磨损、冲击及腐蚀等环境,这些对机械零部件性能的要求越来越高,越来越苛刻。45钢是在各工业领域被广泛应用的优质碳素钢,但其性能已经难以满足工业发展的需求。等离子喷涂技术能快速、高效地制备出改性耐磨涂层,是制备耐磨金属陶瓷涂层最有效的技术之一。然而,等离子喷涂涂层存在组织疏散、涂层与基体结合不稳定、内聚强度低等缺陷,这些缺陷严重限制了硬质陶瓷材料优异的耐磨性能的发挥。激光重熔技术能使材料表面快速熔化和凝固,从而获得内聚强度高、耐磨性能优异的表层。  以45钢为基体,并在其表面制备了等离子喷涂WC/Fe复合陶瓷涂层,再对该涂层进行激光重熔处理。探讨了激光功率和扫描速度对等离子激光重熔涂层组织和耐磨性能的影响规律,并运用正交试验的方法对激光重熔工艺参数进行了优化;采用优化后的工艺参数制备了等离子激光重熔涂层,探讨了激光重熔对等离子喷涂涂层组织结构的影响,以及激光重熔对等离子喷涂涂层耐磨性能的改善机制。  利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计表征了等离子喷涂涂层和等离子激光重熔涂层的微观组织特征、物相组成及显微硬度,利用摩擦磨损试验机测试了等离子喷涂涂层和等离子激光重熔涂层的耐磨特性,并分析了其磨损机制。得到了以下几点结论:  (1)激光功率为800W的等离子激光重熔涂层的微观组织最均匀致密,且其磨损量最小,表现出了最优异的耐磨性能,扫描速度为150mm/min的等离子激光重熔涂层具有最优异的耐磨性能。通过正交试验获得的最优激光重熔工艺参数为激光功率650W、扫描速度250mm/min、光斑直径4mm、搭接率30%、脉宽4.4ms,且采用该优化参数制备的重熔涂层的平均显微硬度为1266HV,磨损量为29.45mg。  (2)激光重熔使等离子喷涂涂层产生了重熔和再结晶,获得了表面平整,组织均匀致密的涂层,生成的M23C6型的碳化合物、(Cr,Ni)3Si及Ni6BSi2等硬质相提高了涂层的硬度,平均显微硬度值约为1500HV。  (3)经过激光重熔处理,涂层中生成的硬质陶瓷相起到了弥散强化的作用,增加了等离子喷涂涂层的耐磨性能,且激光重熔涂层的磨损表面仅仅存在微小的划痕。
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