激光熔覆稀土Ni60/纳米Al2O3复合涂层的组织与性能研究

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铝双辊铸轧是将液态金属浇注到两个相对旋转的冷却辊间直接生产铝板带材的一种短流程近终形成形技术,是一种集金属凝固和热轧于一体的复合工艺。自20世纪90年代以来,以提高铸轧速度,降低铝带坯厚度和提高铝带坯性能为目标的薄带快速铸轧技术受到冶金及材料领域的广泛关注和极大重视。在快的铸轧速度和较小板厚条件下,由于冷却速度提高,双辊铸轧工艺可获得细小的晶粒组织和良好的力学性能;但要求工艺参数严格配匹和稳定。否则铝带坯容易出现裂纹,厚度偏差严重等缺陷,对铸轧铝合金还会出现成分偏析。由于铸轧铝带坯厚度小于2mm后,无论采用钢辊,还是铜辊,铸轧过程中薄带粘辊变的十分严重,粘辊是由于铝带坯在高温,高速及轧制力交互作用下发生热塑性变形,在辊套表面上产生粘着引起的,严重时,铝带坯与辊套表面产生冶金焊合。所以研究和解决铸轧过程中薄铝带坯的粘辊问题是实现薄带快速铸轧的关键。近年来,由于固体润滑技术和激光技术的发展,有望对这一问题提出解决方法。而解决辊套表面粘辊问题最有实用价值的可能是材料表面改性,实现辊套材料表面自润滑。本文采用激光熔覆技术在45钢和Q235钢上制备了稀土Ni60/纳米Al2O3复合涂层,并对涂层成分、显微组织、进行了观察和分析,探讨了纳米Al2O3,稀土CeO2,以及各种工艺参数对涂层组织结构及性能的影响,并且测试了这些纳米复合涂层的显微硬度和摩擦磨损性能,为制备性能优异的陶瓷纳米复合涂层提供了理论依据和具体的参考。研究结果表明:(1)工艺参数对激光熔覆稀土Ni60/纳米Al2O3复合涂层质量有很大的影响。激光功率为3.2kw时,光斑直径为13mm,涂层表面不平整,表层产生许多氧化物;在相同功率下,光斑直径为5mm时,涂层表面光亮平整,且内部组织细小。(2)激光熔覆Ni60/纳米Al2O3复合涂层的组织特征为:在靠近基体较薄处依次为平面晶,平面晶外延生长成柱状枝晶,表层为等轴晶组织,且组织较细。(3)稀土化合物CeO2和La2O3的加入极大的改善了涂层组织结构和性能,加入适量稀土时,可获得细小的组织结构。(4)在本实验的工艺参数条件下,含CeO2和La2O3两中激光熔覆涂层的相组成主要是:Fe-Ni-Cr、Cr7C3、Al1.1Ni0.9等相组成,两种涂层内均没有明显的Al2O3相和稀土氧化物相存在,Al2O3和稀土氧化物部分被溶解,或生成其它相,或烧损。(5)激光熔覆Ni60/纳米Al2O3复合涂层与钢对摩时,当CeO2含量较低时表现为严重粘着;CeO2含量为1.0%时,粘着磨损较轻,摩擦系数较小,磨损量减少;当CeO2含量较高时,主要表现为疲劳磨损。激光熔覆Ni60/纳米Al2O3复合涂层与纯铝对摩时,表现为粘着磨损。
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