高速激光熔覆铁基非晶合金涂层的组织及性能研究

发布日期：2024-10-10 浏览次数：2891

为了克服非晶合金尺寸和复杂结构的限制，通常采用表面改性技术把非晶合金作为涂层置于工件表面，以提高工件的耐磨性和耐腐蚀性。激光熔覆具有高冷却速率，其原理是利用高能激光束在基体表面形成熔池且熔覆材料同步熔化沉积形成高性能涂层，由于激光束、熔覆粉末和基体耦合方式的不同，可分为传统激光熔覆（CLC）和高速激光熔覆（HLC）。目前HLC工艺制备铁基非晶合金涂层的研究处于初步探索阶段，其中工艺参数的确立对涂层的GFA具有关键作用。此外，部分学者仅研究了扫描速度对非晶合金涂层组织及性能的影响，而对激光功率的影响未见详细报道。基于此，来自湘潭大学机械工程与力学学院的周后明等采用Fe-Cr-B-Si非晶合金粉末，通过高速激光熔覆的方式在低碳钢表面成功制备出具有优异摩擦学性能的涂层，研究了激光功率对非晶合金涂层的显微组织、硬度以及耐磨性的影响。相关研究成果于2024年9月在《激光与光电子学进展》上发表。

研究人员采用五块Q345b钢板作为试验基体材料，其平均硬度为400HV，几何尺寸为200mm×50mm×10mm，具体化学成分见表1。熔覆粉末选用商用气雾化形成的FeCrBSi非晶合金粉末，采用型号为TFL-H6000的高速激光熔覆设备进行单层单道熔覆试验，为防止涂层过度氧化，使用惰性气体N2作为保护气体。在本次试验中，将激光功率作为熔覆过程的研究变量，分别为2000W、2200W、2400W、2600W和2800W。激光熔覆具体试验参数如表2所示。结果表明，涂层中非晶相的含量和分布与激光功率有关，激光功率通过改变热输入来影响稀释率和实际冷却速率。随着激光功率的增大，涂层中微观组织的生长规律发生改变，非晶相的分布位置由底部转变为顶部。当激光功率为2200W时，涂层的微观组织主要由非晶相和未成形的晶粒组成，非晶相含量约为76%，且均匀分布于整个涂层中（表3）。非晶相的含量和分布是影响涂层硬度和耐磨性的关键因素，非晶体区比晶体区硬度提高约200HV。当非晶相分布于涂层顶部时，会显著提高涂层的表面硬度和耐磨性（图1-4）。与CLC研究相比，控制激光功率不仅能有效调节非晶相的含量和分布，改善涂层整体性能，还能减小涂层沿厚度方向的硬度波动，从而增加涂层的使用寿命。

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