论文部分内容阅读
随着科学技术和工业水平的不断发展,钢铁工件的服役环境日益苛刻、复杂。与此同时,对设备零部件抵御恶劣环境的能力和长时间运行的稳定性、可靠性也提出了更高的要求。大量研究表明,很多设备和零件失效的主要原因是表面磨损和腐蚀。本文运用激光熔覆技术在基体材料Q345钢上制备了三种熔覆层：Ni60A熔覆层、Ni60A+WC+Mo复合熔覆层以及Ni60A+Al2O3复合熔覆层。并对其微观组织、微区成分、物相组成、耐磨性、耐腐蚀性能等进行了分析研究。熔覆试验采用的设备是最大功率为3KW的半导体固体激光器,矩形光斑,光斑尺寸14x2mm,功率选择2800W,扫描速度v定为450mm/min,多道试验时搭接率定为50%。Ni60A熔覆层的组织构成主要是树枝状的枝晶,富铬析出相呈花朵状和块状分布在基体组织之间。对于Ni基+WC+Mo熔覆层,加入Mo的质量分数在5.5wt%时,熔覆层主要为均匀排列的等轴晶,晶粒愈加细小,微观成分上更加均匀化；而对于Ni基+A1203熔覆层,A1203的质量分数达到14wt%时,花朵状的组织更加细小,分布也更均匀,同时有部分粗大的基体相枝晶向短棒状转变。Ni60A熔覆层中基体为γ-(Ni,Fe)奥氏体相,金属间化合物相FeNi3和BNi3,还有Cr元素与C、B反应产生的CrsB3和CrB,以及Cr元素的碳化物Cr23C6。对于Ni基+WC+Mo熔覆层,Mo成分增加使熔覆层内部反应获得碳化物、硼化物Fe2MoC、Fe2MoB4相。对比Ni60A熔覆层XRD图谱,添加14wt%Al2O3粉末后的熔覆后基体仍是y-(Ni,Fe),主要析出相还是硼化物相Cr5B3、Ni3B及碳化物相M23C6,而加入的A1203在熔覆层中全部分解,新增了Al的硼化物AlB12和Ni20AlB14和金属间化合物相AlNi3等。Ni基+WC+Mo熔覆层显微硬度基本上随着Mo元素质量分数的增加而增大。Ni基+WC+5.5%Mo熔覆层在40分钟内磨损损失量最小,仅为5.3mg,耐磨性能是Ni60A熔覆层的6倍,电化学试验结果显示其耐盐蚀能力较镍基熔覆层提升了5倍,高温酸浸泡腐蚀试验表明其耐酸蚀性能提升了7倍。A1203添加量在12wt%时,Ni基+Al203熔覆层显微硬度最大,而复合熔覆层磨损试验结果显示,添加6wt%Al2O3时试样耐磨性最好,其次为添加14wt%Al2O3的复合熔覆层,在试验中失重量为22.6mg,耐磨性能较母材高2.6倍,为Ni60A熔覆层的1.5倍。Ni基+14%A1203熔覆层耐盐蚀能力较母材低合金钢高了9倍,比Ni60A熔覆层高2.3倍,而该配方试样的高温耐酸蚀性能较Ni60A熔覆层提升了3倍。与Ni60A熔覆层比较之后不难发现,加入Mo和A1203以后,Ni基熔覆层综合性能均有所改善,其中Ni基+WC+5.5%Mo熔覆层的耐磨耐腐蚀综合性能最佳。