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激光熔覆可以在低成本材料工件上制成高性能表面,代替大量的高级合金,以节约贵重、稀有的金属材料,降低能源消耗,具有非常广阔的工程应用前景。稀土元素对金属及合金具有突出的改性作用,稀土-激光熔覆复合处理技术可显著提高材料表面的性能。 本论文试验研究了含稀土镧(La)的硼铁激光熔覆层的耐磨性能及La对熔覆层的耐磨性能的影响,并探讨了La的改性机理。分析了激光熔覆的工艺特性,从涂层材料设计及激光加工工艺参数的选择入手,采取了防止熔覆层开裂的措施。采用自配Fe、B4C、硅铁稀土(FeSiLa)混合粉末在45#钢基体上进行激光熔覆实验,获得了表面质量良好的熔覆层。在环块磨损实验机上考察了熔覆层的耐磨性能及La对熔覆层耐磨性能影响,磨损试验结果表明:熔覆层含适量稀土La元素,其耐磨性得到很大提高,在本实验条件下,含La 1.92%的熔覆层耐磨性最好,其耐磨性较未加La时提高了27.4%,当熔覆层La含量大于1.92%,熔覆层耐磨性逐渐降低,甚至低于不加La时的耐磨性,La含量为4.48%时,耐磨性较未加La时降低了35.1%。在较大载荷(400~1000N)和转速(600~1500r/min)的磨损条件下,含1.92%La的熔覆层的耐磨性均优于不加La的熔覆层的耐磨性。运用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对熔覆层表面形貌及化学组成进行了分析,结果表明:含1.92%La的熔覆层晶粒明显细化且呈弥散分布,熔覆层中Fe与B主要以Fe2B相存在。 本论文研究表明,采用铁基涂层材料,在较低的激光能量密度下可获得表面质量良好的熔覆层。熔覆层由于大量高硬度、高耐磨性的Fe2B分布于耐磨的铸态组织中使得熔覆层的耐磨性较高。此外,熔覆层中加入适量La能脱氧、脱硫,减少微缺陷的产生,还可细化晶粒,提高耐磨性。当熔覆层La含量过多时,较多脆性较大的稀土金属间化合物La2Fe17的生成及熔覆层磨损表面较多La2O3生成,导致了耐性性降低。