（机械制造及其自动化专业论文）奥氏体不锈钢激光熔覆自润滑耐磨复合涂层研究.pdf

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l u b r i c a t i n aw e a r - r e s i s t a n tc o m p o s i t ec o a t i n g so n a u s t e n i t i cs t a i n l e s ss t e e l a b s t r a c t s t u d yo n l a s e rc l a d d i n gs e l f - l u b r i c a t i n gw e a r - r e s i s t a n t c o m p o s i t ec o a t i n g so n a u s t e n i t i cs t a i n l e s ss t e e l a b s t r a c t d u et oi t sg o o dm e c h a n i c a la n dh i g hc h e m i c a ls t a b i l i t y ，a u s t e n i t i cs t a i n l e s ss t e e lf i n d s e x t e n s i v ea p p l i c a t i o n si nm e c h a n i c a l ，c h e m i c a l ，m e d i c a la n da r c h i t e c t u r a la sw e l la s n u c l e a re n g i n e e r i n ga r e a s b u ti tc a n tb eu s e da sk e yt r i b o l o g i c a lm o v i n gc o m p o n e n t s b e c a u s eo fi t sr e l a t i v e l yl o w e rh a r d n e s sa n dw e a rr e s i s t a n c e m o r e o v e r ，t h e r ea r em a n y t r i b o l o g i c a lc o m p o n e n t sw o r k i n gi nh i g ht e m p e r a t u r ea g g r e s s i v ee n v i r o n m e n t sw h e r e l i q u i dl u b r i c a n t sa n dg r e a s e sc a n n o tb eu s e d ，d e m a n d i n gc o m b i n a t i o n o fh i g h t e m p e r a t u r e w e a r , o x i d a t i o na n ds e l f - l u b r i c a t i n gp r o p e r t i e s f a b r i c a t i n gas e l f - l u b r i c a t i n gw e a r r e s i s t a n t c o a t i n gw i t ha d v a n c e ds u r f a c et e c h n o l o g yo nat r i b o l o g i c a lc o m p o n e n ts u r f a c ei s o n eo f m o s te f f i c i e n ta n de c o n o m i cw a y st os o l v et h ep r o b l e m l a s e rc l a d d i n gi sf u n d a m e n t a l l yat y p eo fc o a t i n gt e c h n o l o g yt h a tu t i l i z e saf o c u s e do r ad e f o c u s e dh i g h p o w e rl a s e rb e a mt ol o c a l l ym e l tt h et h i ns u r f a c el a y e ro fas u b s t r a t ea n d t h ea d d e dm a t e r i a l sw h i l ea tt h es a m et i m ef o r m i n gan e wl a y e ro fm a t e r i a lw i t hd e s i r e d p r o p e r t i e sa f t e rs o l i d i f i c a t i o n ag r e a tv a r i e t yo fp o w d e rm a t e r i a l so rp o w d e rm i x t u r e sc a n b ee f f e c t i v e l yd e p o s i t e do n t ot h es u b s t r a t e st oa c h i e v ev a r i o u sp r o p e r t i e ss u c ha sw e a r r e s i s t a n c ea n dc o r r o s i o nr e s i s t a n c e t h em i c r o s t r u c t u r eo ft h ed e p o s i t e dl a y e ri sv e r yf m e a n dh a st h et y p i c a lc h a r a c t e r i s t i co fr a p i ds o l i d i f i c a t i o n , s oi tc a l la c h i e v ec o m p l e t e m e t a l l u r g i c a lb o n da tt h ei n t e r f a c e i no r d e rt oi m p r o v et h ew e a rr e s i s t a n c eo fa u s t e n i t i cs t a i n l e s ss t e e la n dd e v e l o pn e w s y s t e m so fa d v a n c e dc o m p o s i t ec o a t i n gw i t hg o o dw e a rr e s i s t a n c e a n da n t i - f r i c t i o n ，t h e a u t h o r i n d i v i d u a l l y u s e dn i c r c r 3 c 2 ，n i c r c r 3 c 2 - 15 w s 2 - 15 c a f 2 a n d n i c r c r 3 c 2 - 15 w s 2 3 0 c a f 2a l l o yp o w d e ra sr a wm a t e r i a l s ，f a b r i c a t e ds e l f - l u b r i c a t i n g w e a r - r e s i s t a n tc o a t i n go na u s t e n i t i cs t a i n l e s ss t e e lb yl a s e rc l a d d i n g m i c r o s t r u c t u r e so ft h e c o a t i n g sw e r ec h a r a c t e r i z e db yx - r a yd i f f r a c t o m e t e r ( x r d ) ，s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ( s e m ) a n de n e r g yd i s p e r s i v es p e c t r o m e t e r ( e d s ) m i c r o h a r d n e s so ft h ec o a t i n g sw a s m e a s u r e db yam i c r o h a r d n e s st e s t e r t h ef r i c t i o na n dw e a rp r o p e r t i e so ft h ec o a t i n g su n d e r i i i a b s t r a c t s t u d yo l ll 鸱盯c l a d d i n gs e l f - l u b r i c a t i n gwear-resistantc o m p o s i t ec o a t i n g sonaustenitics t a i n l e s ss t e e l d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s a n dl o a d sw e r ei n v e s t i g a t e d ，a n dt h ec o r r e s p o n d i n gw e a r m e c h a n i s m sw e r ea n a l y z e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a taw e a l r e s i s t a n tc o a t i n gr e i n f o r c e dw i t hh a r d ( c r ，f e ) 7 c 3 c a r b i d ea n dt o u g h e n e db yd u c t i l ey - ( n i ，f e ) s o l i ds o l u t i o nw a sf a b r i c a t e db yl a s e rc l a d d i n g u s i n gn i c # c r 3 c 2a sp r e c u r s o r t h et h i c k n e s sa n da v e r a g em i c r o h a r d n e s so ft h ec o a t i n gi s a b o u t0 8m ma n d8 5 0n v 0 3 ，r e s p e c t i v e l y ，a n dt h eb o n d i n gt ot h es u b s t r a t ei sm e t a l l u r g i c a l t h em i c r o s t r u c t u r ei sd e n s ea n du n i f o r m as e l f - l u b r i c a t i n gw e a r - r e s i s t a n tc o a t i n g c o n s i s t i n go f ( c r , f e ) 7 c 3 m c ，y - ( n i ，f e ) ，w s 2 a n dc r sw e r eo b t a i n e du s i n g n i c # c r a c 2 15 w s 2 15 c a f 2a sp r e c u r s o r t h et h i c k n e s sa n da v e r a g em i c r o h a r d n e s so ft h e s e l f - l u b r i c a t i n gw e a r - r e s i s t a n tc o m p o s i t ec o m i n g i sa b o u t0 6n l r na n d6 2 0h v 0 3 ， r e s p e c t i v e l y w h e nt h ep r e c u r s o rc h a n g e st on i c d c r 3 c 2 15 w s 2 - 3 0 c a f 2 ，t h et h i c k n e s so f t h ec o a t i n gi so n l ya b o u t0 2 5m m a tr o o mt e m p e r a t u r e ，n i c d c r 3 c 2c o a t i n ge x h i b i t ss u p e r i o rw e a rr e s i s t a n c e f r i c t i o n c o e f f i c i e n ta n dw e a rr a t eo fn i c d c r 3 c 2 - 15 w s 2 15 c a f 2c o a t i n ga r es l i 曲t l yh i g h e rt h a n n i c d c r 3 c 2c o a t i n gb u tf a rl o w e rt h a ns t a i n l e s ss t e e ls u b s t r a t e w i t ht h ei n c r e a s eo f t e m p e r a t u r e ，b c l t ht h ef r i c t i o nc o e f f i c i e n t sa n dw e a rr a t e so fn i c r c r 3 c 2c o m p o s i t ec o m i n g a n ds t a i n l e s ss t e e ls u b s 仃a t eg r a d u a l l yi n c r e a s e dw h i l et h a to fn i c r c r 3 c 2 - 15 w s 2 15 c a f 2 c o a t i n gd e c r e a s e d t h el u b r i c a n tp h a s es p r e a d i n go u to n t ot h ew o r ns u r f a c ea t3 0 0 w a s b e n e f i c i a lt ot h ef r i c t i o n r e d u c i n ga n dw e a r - r e s i s t i n g w h e r e a s ，t h el u b r i c a n tp h a s e c o u l d n tp r o v i d ee f f e c t i v el u b r i c i o u se f f e c td u et oi t so x i d a t i o na t6 0 0 a n dt h ew e a rr a t e s o fn i c r c r 3 c 2c o a t i n ga n dn i c r c r 3 c 2 - 15 w s 2 15 c a f 2c o a t i n gw e r ev e r yc l o s e b o t ht h e f r i c t i o nc o e f f i c i e n ta n dw e a rr a t eo fn i c d c r 3 c 2 - - 15 w s 2 - 15 c a f 2c o a t i n gf i r s t l yd e c r e a s e d a n dt h e ns l i g h t l yi n c r e a s e d 、析t t lt h ei n c r e a s i n gn o r m a ll o a d i nc o n c l u s i o n , l a s e rc l a d d i n gn i c r c r 3 c 2 15 w s 2 15 c a f 2s e l f - l u b r i c a t i n gc o m p o s i t e c o a t i n gp o s s e s s e se x c e l l e n tw e a rr e s i s t a n c ea n da n t i f r i c t i o nu n d e rm o d e r a t et e m p e r a t u r e ( 3 0 0 ) a n dm o d c r a t e1 0 a d ( 5 k e yw o r d s ：a u s t e n i t i cs t a i n l e s ss t e e l ；l a s e rc l a d d i n g ；s e l f - l u b r i c a t i n gw e a r - r e s i s t a n t c o a t i n g ；h i g h - t e m p e r a t u r ew e a r i v w r i t t e n b y ：h ex i a n g m i n g s u p e r v i s e db y ：l i ux i u b o 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景l 1 2 研究目的及研究内容7 1 2 1 研究目的7 1 2 2 涂层组织设计及激光熔覆合金粉末选择8 1 2 3 研究内容及技术路线1 0 第二章试验材料与方法1 2 2 1 试验材料12 2 1 1 基体材料12 2 1 2 合金粉末。1 2 2 2 激光熔覆试验一l3 2 3 显微组织与物相分析1 6 2 4 显微硬度测试l8 2 5 室高温摩磨损试验1 9 第三章 激光熔覆自润滑耐磨涂层的显微组织和硬度分析2 2 3 1 激光熔覆层的宏观形貌2 2 3 2 激光熔覆层的物相分析2 3 3 2 1 激光熔覆n i c r c r 3 c 2 耐磨涂层的物相2 3 3 2 2 激光熔覆n i c r c r 3 c 2 w s 2 c a f 2 自润滑耐磨涂层的物相2 4 3 3 激光熔覆层的显微组织分析2 6 3 3 1 激光熔覆n i c r c r 3 c 2 耐磨涂层的显微组织2 6 3 3 2 激光熔覆n i c r c r 3 c 2 w s 2 c a f 2 自润滑耐磨涂层的显微组织2 8 3 4 激光熔覆层的显微硬度3 l 第四章激光熔覆自润滑耐磨涂层的磨损性能及机理。3 4 4 1 不同温度下涂层的耐磨性能3 4 4 1 1 室温耐磨性3 4 4 1 23 0 0 耐磨性4 0 4 1 36 0 0 耐磨性4 4 4 2 不同载荷下涂层的耐磨性能5 0 4 2 1 不同载荷下的摩擦系数5 0 4 2 2 不同载荷下的磨损率5 l 4 2 3 磨痕形貌和磨损机制分析一5 2 第五章总结与展望5 8 5 1 总结5 8 5 2 展望5 9 参考文献6 0 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文。6 7 刭谢6 9 奥氏体歪塑塑堂堂签矍自润滑耐磨复含涂层研究第一章绪论 第一章 绪论 1 1 研究背景 不锈钢因具优良的耐蚀性和力学性能，广泛应用于化工、石油、食品机械和国防 工业中。通常，不锈钢的分类是按高温( 9 0 0 - - 1 0 0 0 ) 加热并在空气中冷却后钢的基体 组织进行分类的，主要可以分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏 体铁素体不锈钢和沉淀硬化不锈钢。奥氏体不锈钢由于通常含有1 8 左右的c r 和8 以上的n i ，因此也常被称为1 8 8 型不锈钢。这类不锈钢具有很高的耐蚀性，并具 有优良的塑性、韧性和焊接性，是应用最广泛的一类不锈钢，经常被用于制作耐酸容 器及设备衬里、输送管道设备和零件、抗磁仪表、医疗器械掣卜3 1 。这些设备或器械 有时不仅要求材料具有优良的耐蚀性能，同时要求材料具有良好的耐磨性能。如反应 堆及核电站中各种耐酸阀门及高温高压阀门在运行过程中各种介质具有较强的腐蚀 性甚至放射性，同时阀门密封面在启闭过程中频繁经受摩擦、挤压和撞击作用，因此， 密封面很容易形成坑陷、划痕、斑点等损坏，而大大缩短阀门的使用寿命和运行可靠 性【4 1 。然而，不锈钢受其硬度低、耐磨性尤其是高温耐磨性差等性能缺点的制约，其 一般不能用作重要的运动副零部件。由于磨损基本发生于材料或零部件的表面，采用 合适的表面工程手段在材料表面制备硬度高、耐磨性好的涂层无疑具有较高的经济性 和可行性【5 。 近年来，在保证材料本身良好的机械性能的基础上，为获得优异的摩擦磨损性能， 利用等离子喷涂、激光熔覆等手段在材料表面喷涂涂覆高硬度、高耐磨涂层是研究 的热点引。李军等【8 1 采用激光熔覆原位合成技术在不锈钢基体表面制备了t i b 2 w c 增强镍基复合涂层，结果表明，涂层主要由t i b 2 、w c 、y - n i 等物相组成，细小的 t i b 2 和w c 粒子主要分布于丫n i 枝晶间，可阻碍基体晶粒晶界的推移长大；涂层具 有较高的抗裂能力，与基体具有较好的结合强度。g u o l i a n gh o u 等【9 】采用超音速火 焰喷涂( h v o f ) 在1 c r l 8 n i 9 t i 不锈钢表面制备w c ( w ，o r ) 2 c n i 耐磨复合涂层，研究 结果显示涂层中的硬质相w c 保证了涂层具有优异的耐磨性能。王华明等【1 0 。3 】在不锈 钢基体上激光熔覆制备了m o n i s i 、m o c o s i 等系列的耐磨材料涂层体系，研究表 第一章绪论 奥氏体不锈钢激光熔覆自润滑耐磨复合涂层研究 明这些耐磨涂层均具有很高的硬度以及良好的耐磨性能。张大伟等【1 4 】在2 c r l 3 马氏体 不锈钢表面激光熔覆n i 基及n i + c r 3 c 2 合金，对比研究分析发现，n i 基合金涂层的的 组织主要为丫一n i ，添加c r 3 c 2 涂层中生成了较多的碳铬和硼铬化合物。 上述各种表面改性技术在工件表面制备的高硬度和高耐磨材料涂层虽然大大地 提高了工件自身的耐磨性能，但与此同时，在很多情况下却加剧了对偶件的磨损，即 对配偶件的摩擦相容性或者说自润滑性能差 1 9 , 2 0 ，这在很多情况下也是很有害和不允 许的，对相对运动副摩擦表面进行有效地润滑是减轻摩擦、抑制工件磨损的有效措施 【2 1 1 。随着在全球范围内对制造业降低污染、零排放等环境保护和降低成本等可持续发 展战略得到足够重视的情况下，使得传统的液体润滑技术受到7 t l 曼大的限制【2 2 】；此外， 在高温条件下服役的工件无法实现外加润滑，因此要求材料应具有一定的高温自润滑 性能，固体自润滑复合涂层是解决上述问题的有效手段之一。 固体自润滑复合材料涂层是以金属、陶瓷或非金属为基本组元，加入固体润滑剂 和一些附加组元，通过一定工艺制备而成的具有一定强度和自润滑性能的复合材料。 它兼有基体组元的机械性能和固体润滑剂的摩擦学特性，综合性能优异，适宜在各种 不同的大气环境、化学环境、电气环境、高温、低温、高真空、强辐射等特殊工况下 工作【2 3 1 。如果在硬金属基材表面涂覆一层剪切强度小的薄膜，既不增加摩擦副间的接 触面积，又能使剪切强度降低很多，就能大大降低摩擦因数，这就是固体润滑的作用 【2 4 】。具有固体润滑作用的薄膜主要包括物理吸附膜、化学吸附膜、化学反应膜、氧化 膜、涂层润滑膜以及自润滑膜等。某些固体润滑剂能够与摩擦表面形成牢固的物理吸 附膜；润滑剂的极性分子能够同摩擦表面经由化学吸附形成化学吸附膜；某些润滑剂 分子可以同摩擦表面发生化学反应而形成氧化物润滑膜；摩擦表面或工件材料中的某 些元素在高温作用下产生氧化形成氧化物润滑膜；利用涂层技术可以在摩擦表面形成 润滑涂层；根据物理、化学、结构和机械性能，固体润滑剂有许多分类方法。简单的 可以将固体润滑剂分为两大类：软质类( i o g p a ) 固体润滑剂( 见表 1 一1 ) 瞄- 2 7 1 。 2 奥氏体小锈钢激光熔覆臼润滑耐磨复合涂层研究第一一章绪论 表1 - l 同体润滑剂按照涂层硬度分类 硬涂层软涂层 硬度 1 0g p a 硬度 l e ii a 1 1 l ，j ， ， li o l e r i h ”r e i e ：m n i、噌l l i ) r i、i l l 2 d e l t - t i j 。 c u1 ) l e d o l tc t 4 r 、i c i i i i l l ( 1 nl - l l i ；1 1 1 1 l r t n o r ds ) e n l 图2 1 1球盘式磨损装置示意图【5 。】 表2 4 磨损实验参数 载荷温度磨损时间 旋转半径线速度 n cm i nm u m ( r e r a i n 1 ) 5 1 2 ，3 0 0 ，6 0 0 2 021 6 8 8 磨损试验结束后，用酒精将磨损表面擦拭干净并吹干，采用试验机自带的表面轮 廓位移传感器测量磨痕深度及磨损体积。在磨损体积试验过程中，传感器锥尖从磨损 表面扫描，得到试样表面轮廓从而计算出磨痕深度及磨损体积，根据磨损体积计算磨 损率。本文磨损率计算公式为： ：，_ s ( 2 3 ) 式中：形磨损率，咖3 n m ； v 磨损体积，m m 3 ； 载荷，n ； s 位移，m 。 2 1 第三章激光熔覆自润滑耐磨涂层的显微组织和硬度分析 奥氏体不锈钢激光熔覆自润滑耐磨复合涂层研究 第三章激光熔覆自润滑耐磨涂层的 显微组织和硬度分析 3 1 激光熔覆层的宏观形貌 影响激光熔覆层质量( 表面形貌、厚度、稀释率、成分、结合状况、组织特征等) 的因素很多，如激光参数、基材特性、坏境条件等，然而本文在其他因素相同的情况 下，主要考察激光功率及激光扫描速度对熔覆层的影响。在经过前期大量的试验后， 结果表明表2 2 中3 种材料体系即n i c r c r 3 c 2 、n i c r c r 3 c 2 1 5 w s 2 1 5 c a f 2 和 n i c r c r 3 c 2 1 5 w s 2 3 0 c a f 2 的最佳激光功率分别为1 5k w 、1 2k w 和1 2k w 。激光功 率过小会出现预涂合金层部分未熔的现象，激光功率过大会出现过烧现象，且由于固 体润滑剂w s 2 和c a f 2 的熔点相比金属陶瓷n i c r c r 3 c 2 低，激光熔覆时所需的能量低， 因此添加固体润滑剂的材料体系激光功率相对低。确定激光功率后，按照表2 3 的激 光工艺参数进行激光熔覆试验，熔覆层形貌如图3 1 所示。 试样编号为l ，5 和1 l 的 涂层外观形貌相对较好 图3 - l不同材料体系熔覆层外观形貌随扫描速度变化： ( a ) n i c r c r 3 c 2 ；嘞n i c r c r 3 c 2 - 1 5 w s 2 1 5 c a f 2 ；( c ) n i c r c r 3 c 2 - 1 5 w s 2 - 3 0 c a f 2 奥氏体4 i 锈铡激光熔覆自润滑耐l f 手复合涂层研究第三章激光熔覆自润滑耐磨涂层的址微l l l 织和硬度分析 由图3 1 可知，3 种材料体系激光熔覆制备的涂层宽度都在5m m 左右，未添加 固体润滑剂的涂层宽度略宽于添加固体润滑剂的涂层，这是由于后两种材料体系中的 粉末成分较多，粉末之间的润湿性较差。从图3 1 ( a ) 可以看出，在不锈钢表面激光熔 覆n i c r c r 3 c 2 合金粉末制备出的涂层外观形貌随着激光扫描速度的变化而变化。当扫 描速度v 为4m m s 时，涂层相对较好；之后随着扫描速度的增大，涂层出现波纹状 表面，这是由于扫描速度加快入射到工件时，移动的光束有一定范围的窜动，导致激 光束在垂直于扫描方向上对熔覆材料和基体材料的加热出现不均匀性。从图3 1 ( b ) 和 3 一l ( c ) 可知，激光熔覆n i c r c r 3 c 2 1 5 w s 2 1 5 c a f 2 和n i c r c r 3 c 2 1 5 w s 2 3 0 c a f 2 混合合 金粉末制备的涂层分别在扫描速度为4m m 8 和6m m s 时拥有相对较好的表面形貌。 因此，激光熔覆n i c r c r 3 c 2 合金粉末的最佳激光扫描速度为4m m s ，激光功率为1 5 k w ；激光熔覆n i c r c r a c 2 1 5 w s 2 1 5 c a f 2 合金粉末的最佳扫描速度为4m m s ，激光 功率为1 2k w ；而激光熔覆n i c r c r 3 c 2 1 5 w s 2 3 0 c a f 2 合金粉末制备的涂层最佳扫描 速度为6m m s ，激光功率为1 2k w 。值得提出的是，与图( a ) 相比，图( b ) 和图( c ) 的涂 层表面覆盖着一层黑色的物质，这可能是由于在激光熔覆的过程中，预涂 n i c r c r 3 c 2 w s 2 c a f 2 合金粉末激光制备涂层时，部分润滑剂发生氧化等。 3 2 激光熔覆层的物相分析 3 2 1 激光熔覆n i c r c r 3 c 2 耐磨涂层的物相 ( 激光功率：1 5k w ，扫描速度：4r a m s ) 析结果 第三章激光熔覆自润滑耐磨涂层的显微组织和硬度分析奥氏体不锈钢激光熔覆自润滑耐磨复合涂层研究 图3 2 是1 c r l 8 n i 9 t i 奥氏体不锈钢表面预涂n i c r c r 3 c 2 合金粉末在激光功率为 1 2k w 、扫描速度为4m m s 时激光熔覆耐磨复合涂层的x r d 分析结果。激光熔覆时， 预涂在不锈钢表面的n i c r c r a c 2 合金粉末在激光能量束的直接辐照下与不锈钢基材 表面薄层熔化，从而形成了一个混合n i c r - c f e 合金熔池，当激光移走后，该熔池 以极快的速度冷却导致快速凝固的复合涂层的生成。从图中可以看出，涂层中主要组 成相为丫( n i ，f e ) 和( c r ) f e ) 7 c 3 。涂层中出现m 7 c 3 型碳化物而不是m 3 c 2 型碳化物的主 要原因是，由于熔池中的温度大于c r 3 c 2 的熔点( 1 8 9 0 ) ，因此c r 3 c 2 粉末会熔化， 熔化后的c r 和c 会发生反应可能会重新生成c r 3 c 2 ，也可能会生成新的碳化物，而 吉布斯自由能的大小往往可以衡量生成物的难易程度或稳定程度，吉布斯自由能越 小，物质越易生成、越稳定。在2 0 0 0k 的温度下，其中c r 3 c 2 的吉布斯自由能为一9 3 4 8 4 k j m o l ，c r t c 3 的吉布斯自由能为1 7 5 0 6 7k j m o l 7 6 1 ，后者的吉布斯自由能小于前者， 所以熔池中的c r 与c 生成c r 7 c 3 。同时由于激光诱导的非平衡凝固，来自不锈钢基 体中的f e 原子会超饱和固溶到c r 7 c 3 ，从而形成( c r , f e ) 7 c 3 碳化物。由于f e 的原子半 径( 0 2 8 7a m ) 与n i 的原子半径( o 3 5 2n m ) 相近，使得在凝固过程中容易形成n i 及f e 的固溶体丫一州i ，f e ) 。 3 2 2 激光熔覆n i c r c r 3 c 2 w s 2 c a f 2 自润滑耐磨涂层的物相 & 3 蚤 罂 皇 三 图3 - 3 预涂n i c r c r 3 c 2 1 5 w s 2 1 5 c a f 2 合金粉末激光熔覆自润滑耐磨复合涂层的x r d 分析结果( 激光功率：1 2k w ，扫描速度：4r a m s ) 2 4 奥氏体1 i 锈铡激光熔覆臼润滑耐磨复合涂层研究第三章激光熔覆臼润滑耐磨涂层的娃微组织和硬度分析 图3 3 是i c r l 8 n i 9 t i 奥氏体不锈钢表面预涂n i c r c r 3 c 2 1 5 w s 2 1 5 c a f 2 合金粉末 在激光功率为1 2k w 、扫描速度为4m m s 时激光熔覆自润滑耐磨复合涂层的x r d 分析结果。与未添加固体润滑剂w s 2 和c a f 2 的涂层x r d 结果( 图3 2 ) 相比，添加 固体润滑剂的涂层中的物相明显增多，该自润滑耐磨复合涂层的物相除了有1 ，( n i ，f e ) 和( c r ，f e ) 7 c 3 外，还有w c 及少量的c r s 和w s 2 ，然而没有检测到c a f 2 的存在。这是 由于，w s 2 的分解温度( 5 1 0 ) 和氧化温度( 5 3 9 ) 较低，在激光熔覆过程中激光辐照 的能量较高，激光熔池中的w s 2 容易发生分解为w 和s ，部分的s 与0 2 反应生成 s 0 2 溢出熔池；冷却凝固过程中，剩下未与0 2 反应的s 及w 可能会与熔池中的c 、 f e 和n i 发生反应生成新的物质。图3 4 为不同硫化物的吉布斯自由能随温度的变化 p 2 1 。可以看出，w s 2 和c r s 的吉布斯自由能相比f e s 和n i s 低，因此，s 与w 、c r 生成w s 2 和c r s 相对容易，有报道 5 2 , 7 7 1 称c r s 也具有润滑性能。另外，w 还可能会 与熔池中的c 形成新的碳化物w c 。结合以上分析，可以将高能辐照下中及冷却凝固 过程中发生的反应归纳如下： 激光高能辐照下： 冷却凝固过程中： 鼍 殳 g c 垄 也 名 a o w s 2 一w + 2 s s 0 2 s 0 2 2 s - i - w w s 2 s + c r c r s w 士c + w c t e m p e r a t u r e ( k ) 图3 - 4 不同硫化物的吉布斯自由能 2 5 ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) 第三章激光熔覆自润滑耐磨涂层的显微组织和硬度分析奥氏体不锈钢激光熔覆自润滑耐磨复合涂层研究 熔覆层中未出现固体润滑剂c a f 2 的主要原因是，c a f 2 的密度( 3 1 8g c m 3 ) 低、熔 点( 1 2 7 0 - - 1 3 5 0 ) 低，在激光熔覆过程中会上浮到熔池的表面，发生蒸发、分解等， 急剧地降低其在涂