论文部分内容阅读
钢结构防火涂层因其质轻、饰面性好、不受构件几何形状限制等优点取得了广泛的应用。但是目前工程上对钢结构防火涂层的设计和使用,均假设涂层的完整性良好,而实际上钢结构防火涂层在高温环境下,其炭层结构不断发生变化,涂层与基材的粘结性能以及涂层的力学性能均会下降,从而会造成涂层的破损。目前高层钢结构中主要采用304不锈钢作为基材,304不锈钢耐高温冲击性能差,很大的限制了其在土木工程领域的应用。为了改善304不锈钢的耐高温性能,采用激光溶覆技术在304不锈钢表面制备自润滑耐磨复合涂层是一种经济且有效的办法。目前,采用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备出具有自润滑耐磨性能复合涂层的研究并不多见。本论文以Co粉末、Cu粉末和Ti3SiC2粉末为原料,设计合理的粉末配比 Co、Co+2%Ti3SiC2、Co+5%Ti3SiC2、Co+8%Ti3SiC2、Co+5%Ti3SiC2+10%Cu和Co+5%Ti3SiC2+20%Cu（质量比）。在最佳的激光实验工艺参数进行激光熔覆实验,其中最佳的激光实验工艺参数为:激光功率为1600W,扫描速度为700 mm/min,送粉气为18L/min,送粉速率:15g/min,光斑直径为2 mm,波长为514mm,能量密度:1.415×105J/m2,多道熔覆光斑搭接率为50%。采用 MIRA3 LMH 扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,SEM）对涂层横截面的组织结构进行观察,其自带的牛津XMAX20能谱分析仪（Energy Dispersive Spectrometer,EDS）检测涂层不同区域的元素组成含量。采用湖南长沙矿冶研究院X射线衍射仪（X-ray Diffractometer,XRD）分析涂层的物相,扫描角度范围为5°～90°。使用维氏显微硬度计测量304不锈钢和涂层截面硬度分布,分析其强化机制。使用高温摩擦磨损试验机和材料表面磨痕测量仪分别测试304不锈钢和涂层在室温和600℃的摩擦系数和磨损率,在通过SEM/EDS分析304不锈钢基体与涂层的磨损表面,探究其磨损机理。结果表明:Co/Cu-Ti3SiC2涂层宽度为16 mm,无明显的孔洞和裂纹,其表面宏观形貌质量较好,其主要物相均为固溶体γ-Co,硬质相Cr7C3、TiC、Fe2C,润滑相Cu和Ti3SiC2。Co/Cu-Ti3SiC2复合涂层各个区域组织都较为类似,都是由连续基体、树枝状晶体和胞状晶体组成。相比于未添加Cu的涂层,如纯Co涂层和Co+5%Ti3SiC2涂层,添加了 Cu之后的涂层组织变得更为精细。其中Co+8%Ti3SiC2涂层的平均显微硬度最高,为497.4HV0.5。随着软金属Cu添加量增加,复合涂层硬度将会进一步减小。在室温下,随着Ti3SiC2添加量的增加,Co-Ti3SiC2复合涂层的摩擦系数先升高后在降低。当Ti3SiC2添加量一定时,随着软金属Cu添加量的增加,Co/Cu-Ti3SiC2复合涂层的摩擦系数进一步下降。在Cu和Ti3SiC2的协同润滑下,导致出现较低的摩擦系数。其中Co+5%Ti3SiC2+20%Cu 涂层摩擦系数最低,为 0.41。在室温下,Co+5%Ti3SiC2+10%Cu涂层的耐磨性能最好,其磨损率为4.93 ×10-6mm3/Nm。在600℃下,随着Ti3SiC2添加量的增加,Co-Ti3SiC2复合涂层的摩擦系数先升高后在降低。相比在室温下,复合涂层的摩擦系数出现了明显的下降,表明在高温下,Ti3SiC2展现良好的减摩效果,提高了涂层的自润滑性能。当Ti3SiC2添加量一定时,随着软金属Cu添加量的增加,Co/Cu-Ti3SiC2复合涂层的摩擦系数出现略微上升再下降。其中Co+5%Ti3SiC2+20%Cu涂层摩擦系数最低为0.17。在600℃下,Co+5%Ti3SiC2+20%Cu 涂层表现出最好的耐磨性能,其磨损率为2.4×10-5mm3/Nm。随着Ti3SiC2添加量的增加,Co/Cu-Ti3SiC2复合涂层在高温下的磨损率逐步下降。