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在航空航天、石油勘探、模具制造等重要领域,无磁材料的应用日趋广泛。比如用在石油勘探中的无磁钻铤、钻柱,成型磁性粉末所用的无磁模具等。不仅要求这些材料具有良好的无磁性能,而且需要兼备优良的耐磨、耐蚀、耐冲击等性能。采用激光熔覆制备WC-FeNiCr无磁硬质合金,不仅保持了良好的无磁性能,而且还兼备了其它优良性能,同时Fe基材料价格便宜,来源广泛,相比Ni基无磁材料,能够显著的提高经济性。 激光熔覆WC-FeNiCr硬质合金涂层的微观结构影响因素较多。主要有激光工艺参数,少量的其它合金元素(Mn、Mo、Ti等)。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)对激光熔覆层的微观组织形貌、成分及物相进行分析。结果表明:熔覆层的冶金质量良好,无明显裂纹、气孔等缺陷;WC颗粒边缘有部分溶解,能够与Fe基合金基体形成良好的互溶与扩散,从而提高熔覆层的强度和硬度;激光熔覆WC-FeNiCr硬质合金生成的主要物相有γ-(Fe,Ni),WC,W2C,Fe3W3C等,激光工艺参数的变化以及不同含量的合金元素将引起熔覆层物相的变化,添加元素越多,熔池中的冶金反应也越复杂,从而得到的物相也越复杂;熔覆层中同一种物相具有多种不同的透射电镜形态,如Fe3W3C呈现树枝状、圆形颗粒状以及团絮状,由斑点计算结果可知实际物相的晶格常数和面间距比标准物相偏大。 利用Lake Shore7410型振动样品磁强计对熔覆层的磁性能参数进行测试,并绘制出相对应的磁滞回线和磁化曲线。通过综合分析,结果表明:Mn、Mo、Ti等元素的加入,能有效的改善熔覆层的无磁性能;且随着Mn含量的增加,磁导率呈现逐渐降低趋势,且剩余磁化强度(Mr),内禀矫顽力(iHc)也逐渐降低;随着Mo含量的增加,相对磁导率呈现先降低后增加趋势;随着Ti含量的增加,磁导率呈现先降低后升高趋势,当Ti含量为2.5%时,相对磁导率达到最低1.006; Mn、Mo、Ti同时加入,能够显著降低熔覆层的磁性。当Mn为4.0%,Mo为3.5%,Ti为3.25%(即MnMoTi-3#)时,熔覆层的相对磁导率达到最低(μr=1.005)。对于这些磁性能的变化趋势,文中从成分上、物相上、结构上等给予了确切的解释。 利用固体与分子经验电子理论(即EET理论),并结合Slater-Paulin磁三角曲线,依据相析出类型,平均原子磁矩等方面的变化对熔覆层无磁机理进行了计算与分析。结果表明:固体与分子的磁性起源于原子的磁矩,原子磁矩越大,表现出的磁性也越大;Ni、Cr能够降低奥氏体中Fe原子的磁矩;随着Mn含量的增加,Fe基合金基体平均原子磁矩不断降低;γ-(Fe,Ni)、WC、W2C、Mo2C、TiC和FeCr相(即σ相)等为无磁相,磁矩为0或趋近于0,Fe3W3C和Ni3Mo3C为弱磁性相,其总原子磁矩分别为0.9018,0.7395; Fe2Mo和Fe2W均为铁磁性相,Fe原子均处在甲种杂化第12阶,Fe原子的总磁矩都为3.3924。