激光熔覆镍包碳化硼界面耦合机制及其组织性能研究

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碳化硼是一种硬度仅次于金刚石和立方氮化硼的材料,具有高熔点、高硬度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等性能,广泛应用于各种耐磨耐腐蚀部件上。但是碳化硼材料由于与零部件基体存在热膨胀系数、弹性模量等差异,熔覆层与基体不能很好的结合,不能获得组织形貌良好的涂层。因此,制备了镍包碳化硼包覆型粉末来改善这个问题。本文采用激光熔覆技术对包覆粉末的熔覆,并对熔覆层进行了研究和分析。主要工作如下:建立了非金属陶瓷碳化硼表面包覆金属的简化理论计算模型,选择金属Ni作为包覆层,并计算了包覆质量分数,制备了Ni包B4C粉末;采用制备的粉末,进行了不同工艺参数(如激光功率、扫描速度、搭接率和Ni包B4C质量百分比)的Ni包B4C和金属基(Fe、Co、Ni)Ni包B4C复合粉末的激光熔覆实验。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)熔覆层的显微组织、成分分布、物相进行研究,揭示了不同工艺对涂层组织性能的影响。得到的熔覆层组织均匀致密,与基体呈冶金结合;硬度较基体都有很大幅度提高;搭接率为33%时,得到的多层熔覆效果较好;针对B4C在金属基复合材料中的强化作用,进行熔覆层的耐磨性检测,发现其耐磨性较基体提高了5-10倍,针对熔覆层与基体,熔覆层内各强化相的成分和分布规律,熔覆后强化相在组织结构中的界面耦合机理进行了分析:基体与熔覆层中的耦合主要由冶金结合和增强相间的相界面结合;熔覆层的耦合包括分子间的作用力生成化合物,硬质合金相、固溶体和共晶化合物等强化相耦合。
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