AZ91D镁合金表面等离子喷涂Ni/WC涂层的激光重熔研究

来源 :江苏科技大学 | 被引量 : 9次 | 上传用户:mldn2006
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镁合金作为最轻的金属结构材料,以其高比强度、比刚度,低密度、良好的电磁屏蔽及减震作用在航空航天、汽车、3C等行业广泛应用,被誉为“21世纪新型工业材料”。但差的耐磨性、腐蚀性限制了其应用范围的拓宽。通过冶炼方式来提高材料整体的耐磨抗蚀性能是十分困难的,由于腐蚀与磨损是材料的表面行为,因此,进行适当的表面处理,改善材料的表面性能是解决镁合金腐蚀和磨损问题最直接有效的方法。为此,本文以AZ91D镁合金为研究对象,采用等离子喷涂与激光重熔复合工艺制备了Ni基WC复合涂层,基于ANSYS平台建立激光重熔过程温度场有限元模型,分析了各种工艺参数下温度场的演化规律,研究了该涂层的显微组织与力学性能,并基于支持向量回归建立激光重熔工艺参数与涂层性能之间预测模型,主要工作如下:1.采用ANSYS有限元分析软件进行激光重熔温度场数值模拟,利用参数化设计语言实现了激光重熔动态过程,分析了激光重熔过程温度场加热冷却规律。2.采用SEM、XRD等检测设备分析了等离子喷涂与激光重熔Ni/WC复合涂层的微观组织与相组成,结果表明:等离子喷涂层呈典型层状结构,涂层与基体结合方式为机械结合,经过激光重熔处理后,涂层表面光滑平整,涂层与基体由机械结合转变为冶金结合。WC颗粒在高温发生分解,分解出来的C元素与Cr、Ni和Fe等元素发生反应生成新的化合物。涂层经激光重熔后,WC进一步分解,C元素与Cr、Fe等元素充分反应后生成新的硬质相,进一步提高了涂层硬度与耐磨性能。3.采用显微硬度计、摩擦磨损试验机与电化学工作站分析了该涂层的摩擦学与耐腐蚀性能,并探讨了磨损机制。结果表明:重熔层与等离子喷涂层的显微硬度较基体提高约14倍和11倍,重熔层耐磨性较等离子喷涂层有所提高,涂层具有良好的减摩效果,等离子喷涂层和激光重熔层磨损机制均为轻微磨粒磨损,基体磨损机制为严重磨粒磨损与粘着磨损,激光重熔层和等离子喷涂层的腐蚀电位较AZ91D镁合金基体分别提高了0.322V和0.371V,耐腐蚀性得到较大提高。4.根据在不同激光重熔工艺参数(激光功率、扫描速度和光斑直径)下获得的重熔层硬度测量数据,采用支持向量回归(SVR)方法建立重熔工艺参数与硬度之间的SVR预测模型。结果表明:在相同的训练样本和检验样本条件下,PSO-SVR模型具有更好的函数逼近能力,更强的泛化能力,其中,SVR预测最大相对误差为6.05%,而PSO-SVR预测最大相对误差仅为2.01%。
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