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制动盘作为高速列车制动系统的关键部件,制动时需要将大量的动能转化为热能,剧烈的高温摩擦和大量的热传递是导致制动盘磨损及热疲劳损坏的直接原因,因此对制动盘综合性能的要求非常苛刻。铸钢制动盘由于铸造工艺水平所限,生产中容易出现铸造缺陷,难以保证制动盘大批量装车使用。因此,本研究采用激光熔覆沉积技术与铸造技术相结合的方法,在铸造性能优良、韧性好的铸钢表面制备厚度为5~10 mm左右的涂层作为耐磨层。首先,研究了激光功率对镍基合金粉末熔覆层组织与性能的影响,并在初始粉末基础上添加V和Ti,探讨了其对镍基合金熔覆层组织及性能的影响。结果表明:在其它工艺参数不变的情况下,随着激光功率的升高,熔覆层组织先变细后变粗,显微硬度先增大后减小;沿熔覆层表面垂直向下至基体方向硬度逐渐升高,在热影响区附近硬度达到峰值;添加V和Ti后,熔覆层晶粒得到细化,硬度有了一定的提高,而Ti粉的影响效果更明显一些。本研究条件下,合适的激光功率和添加的Ti粉末含量分别为1 000 W和1%。其次,以添加1%Ti的镍基合金粉末为基础,依次添加1%的B和Si元素,研究了4种不同B、Si含量合金粉末熔覆层显微硬度的变化规律。结果表明:随着B和Si含量的增加,硬度逐渐升高,平均每增加1%的B和1%的Si,熔覆层显微硬度提高约30 HV,其中添加3.5%的B和4.5%的Si的熔覆层硬度最高,达到320 HV左右。然后,在镍基合金粉末中加入WC颗粒,并适当减少B粉和Si粉的含量,研究了4种不同WC、B、Si含量合金粉末熔覆层微观组织和显微硬度的变化规律。结果表明:熔覆层组织随着WC含量的增加,组织中出现越来越多的胞状树枝晶以及众多方向杂乱的树枝晶;同时,由于WC的受热分解得到大量的W和C,这些元素与Ti、Cr等生成新的强化相,富集在枝晶间,对硬度有了很大提升,熔覆层硬度均高于母材;随着WC含量的增加,熔覆层中的裂纹和夹渣越来越多。本研究条件下,这三种粉末的优化含量分别为:WC粉末10%、B粉末2.5%、Si粉末3.5%。最后,对不同WC、B、Si含量的镍基合金粉末激光熔覆试样进行了高温摩擦磨损性能研究。结果表明:随着WC含量的增加,涂层磨损量先减少后增加,当WC含量为10%的时候,熔覆层磨损率最低,耐磨性最佳,与微观组织观察、显微硬度及成形性的结果相吻合。