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非晶态合金具有极高的强度、韧性、耐磨性和耐蚀性,受到广泛关注。其中,Fe块体非晶合金资源丰富、价格低廉,且具有独特的物理化学性能,应用前景诱人。通常非晶合金需要在极高的冷却速度下才能形成,大大的限制了非晶合金在实际工程中的应用。激光熔覆技术具有快速加热、快速冷却的特点,利用其产生的温度梯度可使玻璃形成能力强的合金系形成非晶相,从而提高基体表面的强度、硬度、耐磨以及耐蚀性能等。
本文采用激光熔覆技术在304L,不锈钢基体表面制备了Fe-Cr-Si-P非晶复合涂层。利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、电化学测试系统和摩擦磨损试验机等分析了涂层的组织结构、相组成、微区成分、显微硬度、耐蚀及耐磨等性能,并研究了激光扫描速度和添加La2O3对Fe基合金复合涂层组织与性能的影响。
研究结果表明,激光熔覆层组织主要由表层等轴晶区,中心非晶区和树枝晶结合区组成,熔覆层与基体呈现良好的冶金结合。熔覆层中除了非晶相外,还有少量Fe3P和Fe2Si等金属间化合物相。
激光扫描速度对熔覆层的组织形貌与性能影响很大。当激光功率为3.6kW,扫描速度低于500mm/min扫描速度时,增加扫描速度,可有效抑制结合区树枝晶的外延生长速度,涂层中非晶相的含量增加,涂层的显微硬度、耐蚀以及耐磨性能也相应增强。当扫描速度为400mm/min时,熔覆层中非晶含量最多,约占整个涂层的47.3%,显微硬度最大值达到821.3HV0.2,腐蚀电位Ecorr和自腐蚀电流密度icorr分别为-449.3mV和4.337μA/cm2,在100N和200N载荷下摩擦系数分别仅为0.076和0.081,具有较好的综合性能。
添加少量La2O3,熔覆层外延生长受到抑制,树枝晶明显细化。当La2O3添加量为0.1%时,涂层中非晶含量最高,约占整个涂层的55.2%。熔覆层显微硬度最高值为903.1HV0.2,Ecorr为-417.5mV,icorrT为4.141μA/cm2,性能均优于未添加La2O3涂层。