钢表面激光熔覆钴基合金层的组织与耐磨性的研究

【摘要】本文采用6kw的横流CO2激光器在普通40Cr钢试样表面制备了添加经造粒的纳米WC/Co和金属氧化物SiO2、ZrO2的钴基合金层。其中钴基合金中纳米WC/Co的质量分数为20%30%40%45%50%60%，其中金属氧化物SiO2、ZrO2的质量分数为0%10%20%。采用聚焦光斑、连续窄带、多道搭接的激光扫描模式，经过激光工艺参数和组分的优化，在试样表面制备了熔覆层裂纹缺陷少、组织分布均匀、与基体呈冶金结合的钴基合金熔覆层。利用扫描电镜、能量分散谱仪、X射线衍射仪、金相显微镜、显微硬度计观察并且分析了熔覆层的显微组织、成分分布、相组成。结果表明激光熔覆钴基合金制备的添加纳米WC/Co和金属氧化物SiO2、ZrO2的钴基合金层的试样，具有晶粒细小、组织均匀、少孔隙和裂纹、并与基体呈良好冶金结合的特征。试验测试分析结果表明熔覆层中添加的纳米WC/Co经熔化、分解、形成高硬度的强化层结构。白亮色的强化相呈网络状和弥散的点状分布，其中主要成分为WC、W2C，强化相具有很高的硬度。熔覆层中添加的金属氧化物SiO2、ZrO2有效的增加了激光熔覆过程中各种金属粉末的润湿，减少了冷却过程中因不同成分和相之间的裂纹和气孔。利用摩擦磨损试验机，在室温23℃及高温400℃，662g及1662g载荷，经过磨床打磨及未打磨的不同情况下，测试了熔覆层的摩擦系数和耐磨性。结合犁沟摩擦模型和粘着摩擦模型分析了干摩擦条件下，摩擦材料表面微观粗糙峰的力学状态以及表面的磨损模式。试样测试分析结果表明，添加钴金属元素的合金熔覆层在400℃高温下与常温20℃下，摩擦系数稳定，没有出现大幅度的波动。在摩擦磨损试验机相同测试条件下，改变摩擦磨损试验机的加载重量，即改变材料摩擦接触面的压强，在材料接触面粗糙峰塑性形变范围内，摩擦系数随压强的增大而减小。通过建立的犁沟摩擦模型和粘着摩擦模型，分析了材料摩擦副表面的粗糙峰的力学状态，得出了材料表面摩擦力源于材料微观粗糙峰的犁沟效应和粘着剪切效应。微观组织观察和分析表明，激光熔覆钴基合金层中，添加的纳米WC/Co熔化形成白亮色带的网状和弥散分布的点状强化相，在提升材料表面硬度的同时，也增强了材料的耐磨性能。显微镜下试验检测试样表面的磨损主要有两种类型，呈犁沟形态的磨料磨损和呈鱼鳞状分布的粘着磨损。摩擦的磨损较基材有大幅度的提升，且由于金属氧化物SiO2、ZrO2的润湿作用，使得磨损区域平稳，多以磨料磨损形式发生，减少了粘着磨损。实验测试和分析结果表明，控制和设计理想的熔覆层组织，加入特定粉末颗粒，调整激光的工艺参数，可以得到耐磨性优良同时摩擦学性能优良的表面熔覆层。研究结果为加入硬质相提高熔覆层性能提供了理论和试验依据。
【作者】姜鹤明；
【导师】张光钧；
【作者基本信息】上海工程技术大学，材料加工工程，2013，硕士
【关键词】激光熔覆；钴基合金；摩擦系数；耐磨性；粘着模型；

【参考文献】
[1]郭晓晨.废旧印刷电路版基材填充聚丙烯复合材料的性能研究[D].中北大学,材料学,2013,硕士.
[2]王焱.当代蒙古族合唱艺术之发展现状与艺术特征[D].内蒙古大学,艺术学,2013,硕士.
[3]杨锦辉.钢板—混凝土组合加固技术中栓钉连接件的分析[D].重庆交通大学,结构工程,2012,硕士.
[4]申东.MIMO雷达混沌波形设计及性能分析[D].西安电子科技大学,信号与信息处理,2013,博士.
[5]王浴潼.基于场所精神的西安老城区街道空间营造策略研究[D].长安大学,城市规划与设计,2013,硕士.
[6]余倩.DTN网络中束层（BP）托管传输机制的研究[D].苏州大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[7]陶本苞.几种复杂拉深零件工艺方法的选择[J].航空工艺技术.1993(05)
[8]孙树华.临沂市重点镇建设现状与发展对策研究[D].西安科技大学,工商管理,2013,硕士.
[9]李梦嘉.中国货币乘数因素分析与预测[D].吉林大学,金融,2014,硕士.
[10]朱明清,王智灵,陈宗海.基于改进Bhattacharyya系数的粒子滤波视觉跟踪算法[J].控制与决策,2012,10:1579-1583.
[11]余凡文,李梦虎.“海峡之声”数字音频工作站播出模式的改进[J].中国传媒科技.2001(10)
[12]元林,李美清.思想政治教育网络传播过程管理的困境与破解研究[J].思想理论教育导刊,2010,06:80-84.
[13]顾丽军.长江口滨岸及近海水体中胶体的分布与理化性质研究[D].华东师范大学,环境科学,2013,硕士.
[14]秦首科,牛孺子.利用数据仓库分析处理中医方剂评析[J].中医药学刊,2002,03:341-359.
[15]方长勇.因特网与美国文化霸权[D].中国人民解放军外国语学院,英语语言文学,2004,硕士.
[16]姚永丁.独塔单索面斜拉桥箱形主梁剪力滞效应研究[D].浙江大学,桥梁与隧道工程,2004,硕士.
[17]张云龙.Z银行网点客户排队管理研究[D].北京交通大学,2014.
[18]段国宇.阿托伐他汀对百草枯致心肌纤维化和氧化应激的影响[D].郑州大学,急诊医学,2013,硕士.
[19]闫冰娜.钠加合肽LADA和LAAX在气相中竞争的碎裂反应[D].吉林大学,分析化学,2013,硕士.
[20]MaryamRashid.斑蝥素对鳞翅目害虫生物活性及具生物活性衍生物合成研究[D].西北农林科技大学,农业昆虫与害虫防治,2014,博士.
[21]陈培文,傅秀芬.基于SVM的文本情感极性分类研究[J].广东工业大学学报,2014,03:95-101.
[22]刘新峰.3.0T高场磁共振磁化传递成像对常规MRI阴性癫痫的研究[D].遵义医学院,影像医学与核医学,2012,硕士.
[23]李琳.离散事件系统中基于可诊断性的传感器优化[D].吉林大学,软件工程,2013,硕士.
[24]沈清.利率市场化进程中国内商业银行贷款定价模型及其应用研究[D].南京农业大学,金融学,2012,硕士.
[25]谭瑶瑶.上市公司利用债务重组的盈余管理研究[D].天津财经大学,会计学,2012,硕士.
[26]任杰.不同配比基质及微生物菌剂对黄瓜穴盘育苗及生长发育的影响[D].内蒙古农业大学,蔬菜学,2013,硕士.
[27]李永.我国地方政府债务风险传导机制研究[D].西南交通大学,行政管理,2013,硕士.
[28]郑伟.P. yoelii 17XL感染DBA/2小鼠保护性免疫机制的研究[D].中国医科大学,免疫学,2004,硕士.
[29]张贵林.水稻黑条矮缩病与植物激素的相关性及抗病品种的培育[D].山东师范大学,发育生物学,2013,硕士.
[30]陈娜.黄自爱国歌曲的艺术特征与演唱研究[D].湖南师范大学,艺术学,2013,硕士.
[31]白杰.基于肌电信号的肘关节生物力学建模[D].哈尔滨工业大学,机械电子工程,2014,硕士.
[32]袁俊.知识产权战略实施的关键——谈如何提高企业的核心竞争力[J].中国发明与专利.2004(08)
[33]张琼.高中艺术生英语学习动机的调查研究[D].华中师范大学,学科教学,2014,硕士.
[34]唐美玉.山东半岛蓝色经济区旅游经济一体化开发研究[D].山东师范大学,旅游管理,2012,硕士.
[35]赵金才.坐标测量系统零件信息提取与位姿自动识别的研究[D].天津大学,2005.
[36]王嫱.天津科技金融服务体系建设研究[D].天津财经大学,金融学,2012,硕士.
[37]雷晓菊,王君,郝红,倪婷,黄向宏.介孔材料的制备及应用研究[J].硅酸盐通报,2014,10:2534-2540.
[38]智颖.呼和浩特市空气颗粒物PM_（2.5）污染特征分析[D].内蒙古大学,环境科学,2014,硕士.
[39]李卓璇.铁酸铋/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能[D].清华大学,材料科学与工程,2013,硕士.
[40]郭文杰.航天器大气环境模拟用高压大功率电弧加热器电源系统研究[D].北京交通大学,2008.
[41]李佳.山西省城镇居民基本医疗保险制度问题研究[D].山西财经大学,社会保障,2013,硕士.
[42]苗地.基于IOS手机图书馆检索系统的设计与实现[D].黑龙江大学,计算机技术,2012,硕士.
[43]关有俊.含碳物质的电弧等离子体热解研究[D].太原理工大学,化学工艺,2004,硕士.
[44]张闪闪.河南省能源—环境—经济（3E）系统协调度分析[D].中原工学院,企业管理,2012,硕士.
[45]赵时,邬洁雯,李蓓智.车站设备监控系统嵌入式技术应用的可行性[J].现代城市轨道交通.2007(06)
[46]冯海音.从胆论治小儿多发性抽动症[D].北京中医药大学,中医儿科学,2014,硕士.
[47]江婷婷.高压脉冲电场杀菌装备中脉冲升压型高压脉冲发生器研究[D].浙江大学,2014.
[48]魏冉.基于UMLsec的系统安全模型的形式化与检测[D].山东大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[49]肖莉娜.HPRG2与TGF-β信号通路成员在结直肠癌中的差异表达及相关性研究[D].湖南师范大学,遗传学,2014,硕士.
[50]罗杰云.基于供应链数据仓库的OLAP数据挖掘[J].微机发展,2004,08:92-93+96.