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激光熔覆是一种涉及物理、冶金、材料等领域的表面改性技术。目前的研究主要集中在以硬质陶瓷颗粒作为增强相提高激光熔覆层的硬度方面,虽然这些涂层具有较高的耐磨性能,但是,从摩擦学的角度考虑,涂层的硬度并不是越高越好,而是要求涂层既有较高的耐磨性能,又有良好的减摩性能。尤其是在真空、高温等流体润滑难以实现的特殊环境中,涂层的自润滑性能尤为重要。因此,开发新的涂层材料体系,使涂层兼具耐磨和减摩性能,具有重要的应用价值。 本文分别以NiCrBSi、NiCrBSi+h-BN、NiCrBSi+MoS2/Ni和NiCrBSi+30%MoS2/Ni+TiB2合金粉末为原料,CO2激光为热源,在45钢基体上制备了Ni+h-BN、原位自生CrxSy/Ni和TiB2-30%MoS2/Ni-Ni自润滑涂层,并对熔覆层的微观组织进行了系统研究,揭示了熔覆材料成分、激光工艺参数对自润滑涂层中润滑相的数量、尺寸、形态和分布的影响规律,探讨硬质相和原位自生润滑相的形成机理。通过对激光熔覆自润滑涂层的摩擦磨损性能测试和磨损表面形貌分析,探讨自润滑涂层摩擦磨损性能的影响因素,揭示了自润滑涂层的磨损机制和润滑膜形成机理以及磨损过程中润滑膜的转移、损坏和再生机制。 Ni+h-BN涂层中,部分h-BN与NiCrBSi合金中的合金元素发生反应,生成CrB、Cr2N等,部分存留于涂层中。硬质相“横亘”或者交错分布在涂层中,起到骨架的作用,提高了涂层的硬度。而包覆在骨架中的h-BN起到润滑的作用。Ni+h-BN涂层的平均摩擦系数随着h-BN含量的增加呈下降趋势。Ni+h-BN涂层磨损表面局部形成润滑膜,起到减摩的效果。 CrxSy/Ni基自润滑涂层主要组织是γ-Ni和CrxSy。在激光熔覆过程中,加入的MoS2/Ni分解,分解出的S元素与Cr发生化学反应,生成多种铬的硫化物CrxSy。CrxSy颗粒主要呈现球形颗粒和共晶形态。摩擦磨损试验表明:CrxSy/Ni基自润滑涂层在摩擦表面形成润滑膜,降低涂层的摩擦系数。在摩擦磨损过程中,自润滑膜形成了生成、破损、脱落、再生的循环过程。 TiB2-30%MoS2/Ni-Ni自润滑-耐磨涂层主要有未熔的TiB2颗粒、γ-Ni固溶体、多种硼化物如CrB、MB和多种二元、三元硫化物如CrxSy、TiS、TiMo2S4等组成。TiB2-30%MoS2/Ni-Ni自润滑耐磨涂层中硼化物硬质相与硫化物润滑相相互作用,提高涂层硬度的同时,减小了摩擦系数,磨损失重量和磨损体积降低。