Cr含量对激光沉积铜基合金涂层组织结构和性能的影响

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铜基合金涂层由于具有高的导电性和导热性以及良好的可加工性被广泛应用于工业中,但在极端条件下,较差的耐磨性和抗氧化性限制了铜基合金的使用寿命。因此,如何在保证铜合金原有的高导电性、导热性的基础上,再较大程度地提高其耐磨耐氧化性,成为了现代铜加工行业发展的主要方向和课题。本研究采用自制的铜基合金粉末和Cr粉作为沉积材料,通过激光沉积技术在45#钢表面制备不同Cr含量的Cu-Ni-Fe-Mo-x Cr合金沉积层,优化出不同Cr含量的激光沉积工艺参数。利用光学显微镜、X射线衍射仪、环境扫描电子显微镜等分析测试方法研究Cr含量对铜基合金沉积层的宏观质量、组织结构、硬度、耐磨性能、耐高温氧化性能的影响,优化出最佳Cr含量。沉积层宏观质量分析表明:激光功率为3400W时,Cr添加量为0~5wt%的沉积层表面形貌光滑,无裂纹,Cr添加量为7.5wt%和10wt%的沉积层表面形貌出现明显裂纹;沉积层与基体之间呈镶嵌结合形式。沉积层组织结构分析表明:组织由灰色基体相和白色第二相组成,并且随着Cr含量的增加,第二相的数量和尺寸都增加;Cr含量为0wt%时,沉积层中第二相含量很少,基体相以枝晶组织为主;随着Cr含量的增加,基体相由树枝状组织逐渐向细胞状组织转变;不含Cr沉积层由Cu(Ni),(Fe,Ni,Si)2Mo和少量γ-(Ni,Fe)相组成;含Cr沉积层由Cu(Ni),(Fe,Ni,Si,Cr)2Mo和少量Cr,γ-(Ni,Fe,Cr)和σ-(Fe,Cr)组成;添加的Cr在基体相分布较少,主要存在于第二相中。沉积层性能测试和分析表明:Cr促进液相分离产生更多的硬质第二相,对沉积层的宏观硬度有一定的提升;沉积层的抗氧化性能随Cr含量的增加而提高,Cu(Ni)基体表面形成的氧化物为CuO,(Fe,Ni,Si,Cr)2Mo表面形成了具有致密的尖晶石结构NiCr2O4氧化膜,具有较好的抗氧化性;沉积层的耐磨性随Cr含量的增加而提高,基体相为典型的氧化磨损特征,第二相为典型的磨粒磨损特征。综合分析表明,Cr的最佳添加量为5%,此时沉积层无气孔和裂纹等缺陷,且形成了15 vol.%的(Fe,Ni,Si,Cr)2Mo相,具有良好的抗氧化性能和耐磨性能。
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