（材料学专业论文）稀土对激光熔覆镍基合金涂层的影响.pdf

辽宁工程技术大学硕士学位论文 摘要 本文采用h j 5 工业用横流c 0 2 激光器，在4 5 钢表面熔覆了含有不 同含量稀土的n i 6 0 合金粉末，研究了不同含量稀土对熔覆层组织和性能 的影响。 x r d 表明：熔覆层以树枝晶形状生长，基体为共晶组织( 强化相+ n i 基固溶体) ，熔覆层的组织由y 一( f e ，n i ) 固溶体，c r 2 3 c 6 ，n i s b ，f e 2 3 ( c ，b ) 6 ， c r 2 b 和f e 2 b 组成，稀土的加入并没有产生新相。稀土的加入对熔覆层组 织起到了显著的作用：添加稀土的熔覆层组织均匀细密、晶粒细小，气 孔、缺陷和裂纹大大减少，熔覆层与基体形成良好的冶金结合。添加稀 土的熔覆层的硬度、耐磨性、耐蚀性等性能均有不同程度的提高。稀土 的加入量对熔覆层质量的影响比较大，添加c e 0 2 比添加l a c l 3 的效果好。 关键词：激光熔覆，n i 基合金，稀土，显微组织，界面，硬度，耐磨性， 耐蚀性 辽宁工程技术大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h eh j 一5i n d u s t r i a lc 0 2l a s e rw a su s e dt og e tn i b a s e dm e l t i n ga l l o y c o a t i n g sw h a ta d d e dd i f f e r e n tc o n t e n d so fr a r e e a r t ho n4 5s t e e l t h ee f f e c t s o fr a r e - e a r t ho nm i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so fn i b a s e da l l o yc o a t i n g s w e r ei n v e s t i g a t e d x r a yd i f f r a c t i o nr e s u l ti n d i c a t e st h a tl a s e rc l a d d i n gc o a t i n g sg r o wa s t r e e l i k ec r y s t a la n dt h o s em a t r i c e sw e r ee u t e c t i cc r y s t a l l a s e rc l a d d i n g c o a t i n g s a r em a d eu pw i t hk a m a c i t es o l i ds o l u t i o n ，c h r o m i u mc a r b i d e ， b o r o nn i c k e l ，b o r o nc h r o m i u m ，i r o nb o r o na n ds oo n n e wp h a s ed o e s n t a p p e a ra f t e rr a r e e a r t hi sa d d e d r a r e e a r t hc h a n g e sm i c r o s t r u c t u r e so fl a s e r c l a d d i n gc o a t i n gh a r d l y m i c r o s t r u c t u r e so fl a s e rc l a d d i n gc o a t i n ga r ee v e n a n dc o m p a c t c r y s t a l sa r ep e t t y s p i r a c l e ，d e f e c t sa n di n c l u s i o n sa r e r e d u c e dg r e a t l y l a s e rc l a d d i n gc o a t i n ga n dm a t r i c e sa r ec o m b i n e dw e l l w i t hm e t a l l u r g i c a lb o n d i n g a f t e rr a r e - e a r t hi sa d d e dt h ep r o p e r t i e so fl a s e r c l a d d i n gc o a t i n gs u c ha sh a r d n e s s ，w e a rr 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 a r ei n c r e a s e d t h eq u a n t i t i e so fr ei n f l u e n c et h eq u a l i t yo fl a s e rc l a d d i n g c o a t i n g t h ee f f e c t so fc e r i u mo x i d ea r eb e t t e rt h a nl a n t h a n u mc h l o r i d eo n l a s e rc l a d d i n gc o a t i n g k e yw o r d s ：l a s e rc l a d d i n g ， n ib a s e da l l o y ， r a r e - e a r t h ， m i c r o s t r u c t u r e i n t e r f a c e ，h a r d n e s s ，w e a rr e s i s t a n c e ，c o r r o s i o nr e s i s t a n c e 创新点声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果： 奎塞在一篮一钮激燃镍基金金史透盘h 工一曼照、一功固驵一箍施 加差遗有馕熔覆屋主生新煦物担，但细化工熔覆屋的焦织k 改盖工 基体舱昼面绪生r 瞳况l 提高王熵覆层的性熊扎 尽我所知，到目前国内外文献未见报道。 作者：锄一熟鸭日期- 2 塑羔_ j 兰一 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 激光束的物理基础 激光是原子系统在受激辐射放大过程中产生的一种相干光。材料的加 工过程中常用的激光光源有三大类：二氧化碳激光、准分子激光和钇铝石 榴石激光。二氧化碳激光、准分子激光为气体激光，而钇铝石榴石激光 为固体激光，各种激光光束的特征如表1 1 所示。 表1 1 各种激光光束的基本特性 1 1 1 激光特性 激光作为一种光，具有普通光的一般特性，如光的反射性、折射性、 绕射性、干涉性、偏振性以及波粒二相性等等，而作为一种非稳态的相干 光，激光还具有自己的特点一一高单色性、高方向性、高亮度，这是其获 得广泛应用的物理基础。 a 激光器发出的激光具有其他光源所难以达到的极高的单色性。光 的单色性主要指光的频率的纯度，单色性好的光的频率或者波长趋于一 致，一束光中的光子之问的频率差或者波长差越小，其单色性越好，激光 的单色性是激光制备特殊材料的物理基础之一。因为构成激光谐振腔的反 射镜具有波长选择性且利用原子固有能级跃迁，所以激光具有很高的单色 性。激光是受激发射的相干光，其频率的范围很窄。 b 光的方向性指的是光在其传播方向上的发散情况。从激光谐振腔 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 发出的必须是经过反射镜多次发射后不会显著偏离谐振腔轴线的光波，激 光光束的发散度小，所以其方向性就好。利用激光的良好方向性，可以有 效的远距离传输激光并实施激光与材料的交互作用，这有利于激光加工技 术在工业上的应用。 c 光源的亮度是表征光源定向发光能力强弱的一个重要参数，在激 光与材料的交互作用中，最具有意义的激光参数就是亮度。激光器仅仅从 一端发射激光，发光面很小，其立体角极小，因此激光的亮度极高。 显然，充分利用上述激光的高单色性、高方向性、高亮度的物理特性， 就可以获得实用的高功率密度的激光，将其作用于金属表面，在一定条件 下就可以有效地改善材料的表面特性。 1 1 2 激光原理 激光是受激辐射而产生的增强光，受激辐射与自发辐射有本质的区 别。受激辐射产生的光有三个特征：受激辐射光与入射光的频率相同，也 就是光子能量相同；受激辐射光与入射光的相位、偏振和传播方向相同， 所以两者是完全相干的；受激辐射光得到了增强。 在外界光辐射、辉光放电等的作用下，c 0 2 、c o 、红宝石等物质的处 于基态的粒子有选择地被抽到某些高能级上，使高能级上的粒子数超过低 能级上的粒子数，这种状态称为粒子数反转，能实现粒子数反转的激光工 作物质具有光增强的作用。同时，工作物质内部也存在光损耗，显然，输 出激光的条件是光增强大于光损耗”1 。激光形成的物理过程是产生激光的 工作物质受激发造成粒子数反转状态，并不断增强至占优势的过程，激光 器则将产生激光的物理过程持续不断地形成长时间稳定的激光输出。 任何类型的激光器都包括三个基本要素：首先要有可以受激发产生激 光的工作物质，迄今已知世界上有上千种物质可以产生激光。其次是各 种光源、辉光放电等外界因素，这些外界因素使工作物质处于粒予数反转 的受激状态。另外，还要使受激工作物质产生并输出激光的各式光学谐振 腔。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 2 激光加工的原理及类型 1 2 1 激光与金属作用的原理及特点 激光加工是指通过激光与材料的相互作用而引起材料物理状态、成份、 组织结构和性能等改变的加工过程。根据光与物质的相互作用机理，激光 加工可分为基于光热效应的热加工和基于光化学效应的冷加工两种。激光 热加工是指激光作用于金属或非金属材料上，材料吸收激光能量引起温度 升高、熔化甚至汽化，以实现各种加工，这样的加工称为热加工。紫外激 光作用在某些物质上直接打破分子间的结合键，从而实现对材料的剥蚀加 工，这样的加工称为激光冷加工。 激光热加工是目前激光加工的主流，主要采用各种红外激光器。激光 束向金属表面层进行热传递，金属表层与吸收的激光进行光热转换，当光 子和金属的自由电子相碰撞时，电子的能级提高，并将其吸收的能量转化 为晶格的热振荡。由于光子穿过金属的能力极低( 仅为1 0 4 m m 的数量级) ， 且激光作用时间短，所以只能升高其表面的一薄层温度。电子的平均自由 时间只有1 0 - 3 秒左右，因此这种热交换和热平衡的建立非常迅速”3 ，从理 论上讲，在激光加热过程中，金属表面极薄层的温度可在微秒级、甚至是 纳秒级或皮秒( 1 0 - 1 2 s ) 级内就能达到熔化或相变温度，形成时间远小于激 光实际辐照时间，所以其厚度远低于硬化层的深度。 这样，当激光光束照射于金属表面，激光一部分被吸收，一部分被反 射，被吸收的激光与金属表面一薄层相互作用产生热能，在激光的照射下， 材料表面被不断加热并向深处传导，激光的功率密度增加时，表面被熔化， 功率密度更高时，金属表面将汽化，汽化粒子在高速飞出时对金属表面产 生很大的反冲力，在材料内部形成很大的冲击波，因而对材料产生冲击强 化。激光加工的过程就是激光光束对材料的快速加热和冷却的过程。 紫外激光波长短、光子能量大，和某些特定的物质( 如高分子聚合物) 的分子结合能相当。紫外激光作用在这类特定的物质上有可能直接打破分 子间的结合键，从而实现对该种材料的剥蚀加工，实现激光冷加工。激光 冷加工主要采用各种类型的准分子激光器。此技术是目前世界上激光加工 辽宁工程技术大学硕士学位论文 4 技术领域热门的研究方向之一，在微电子和微机械工业中有着巨大的应用 前景。 与传统加工方法相比，激光加工具有以下特点： a 激光能量密度高，可以在瞬问熔化甚至汽化任何材料，实现各种金 属和非金属的加工，包括各种难熔材料和高导热性材料的加工。 b 激光加工为非接触加工，与被加工工件之间没有力的作用，不存在 刀具的磨损，可以加工脆性材料和高硬度材料，激光被称为永远不钝的“工 具”。 c 激光束易于聚焦和成型，根据需要可以任意改变光斑形状、大小和 能量密度，从而实现材料的表面改性、焊接、切割、打孔等多种加工，因 此激光享有“万能加工工具”的美誉。 d 激光束的导向和能量传递方便快捷，与光传输数控系统配合可以实 现高度自动化的三维柔性加工。 e 激光与被加工材料之间的相互作用可以实现精确控制，其加工的质 量高。 f 激光加工节省能源，不产生环境污染，是一种绿色制造技术，符合 世界经济技术发展潮流，激光加工被誉为“未来制造系统共同的加工手段”。 激光在材料加工中的应用，不仅补充和替代了传统加工方法，而且使 产品从结构设计到生产观念都发生了深刻的变化，激光加工技术在世界范 围内的迅猛发展正在悄悄地引起一场制造技术的革命。与此同时，一门自 成体系的崭新学科一一激光加工技术与系统学正在形成。 1 2 2 激光加工的类型及应用 随着激光加工技术的快速发展，在电子、机械、汽车、冶金、造船及 航空航天等工业部门应用越来越广，加工形式多种多样。就其本质来讲， 激光加工实质上是激光与材料的相互作用“1 ，从这个观点出发，激光加工 可以分为以下几种类型： a 激光表面工程：激光表面工程包括激光改性、激光强化( 含冲击 强化和毛化) 、激光熔覆和激光合金化等。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 b 激光材料去除：激光材料去除过程目前在生产中应用较广的主要 有激光烧蚀、激光打孔、激光切割和激光雕刻等技术。 c 激光材料连接：激光材料连接过程有激光焊接和激光烧结。 d 激光原型制造：激光快速原型制造技术是激光加工技术引发的一 种新型制造技术，包括光敏树脂法、叠层法、弯曲成型法和离散堆积法。 e 其他激光加工：激光加工在其他领域中的应用还有很多，比如激 光超精细加工、激光微型机械加工、激光化学气相沉积技术在石英光纤制 造中的应用、激光法制备纳米粉材料以及激光非晶化等。 1 3 激光熔覆技术 近几年国内外兴起的熔覆技术是在堆焊技术的基础上发展起来的，其 目的是通过合理选择工艺，在稀释率尽可能低的情况下，获得高性能的表 面合金层。一般地讲，熔覆就是将经过特殊处理( 高温熔炼、球化处理、 机械研磨混合等) 的合金粉末用某种粘结剂( 水玻璃、松香油、酚醛树脂 等) 调合后，均匀地涂在基体表面，在严格控制温度的情况下加热烘干， 然后用某种高温热源处理，使合金粉末熔化，最终使熔覆材料与基体形成 一种冶金结合层。由于熔覆技术的诸多优点，目前已成为金属材料表面处 理技术研究的热点之一。根据加热方式的不同，熔覆方法可分为氧一乙炔焰 熔覆、感应熔覆、氩孤熔覆、激光熔覆以及等离子熔覆等。 作为激光加工众多领域中的一个领域，激光熔覆是一种比较新的表面 改性技术。激光熔覆是指在基材表面以不同的填料方式放置熔覆材料，利 用高能密度的激光束使之与基体表面薄层一起熔凝，在基材表面形成稀释 度极低、与基体材料成冶金结合的熔覆层，从而显著改善基体材料表面的 耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等性能的工艺方法”。1 。 激光熔覆技术是种经济效益较高的表面改性技术，可以在低性能廉 价钢材上制备出高性能的合金表面，从而降低材料成本，节约贵重稀有金 属材料，尤其适合我国这样的贵重稀有金属较少的国家发展。激光熔覆可 将高熔点的材料熔覆在低熔点的基材表面，材料的成分不受通常的冶金热 力学条件的限制，因此所采用的熔覆材料的范围相当广泛，包括镍基、钴 辽宁工程技术大学硕士学位论文 6 基和铁基合金、碳化物复合冶金材料以及陶瓷材料等。合金材料和碳化物 的复合材料已获得某些实际应用，陶瓷材料的激光熔覆因裂纹和剥落等问 题尚待深入研究，基本上还处于实验室研究阶段。 激光熔覆可以对局部易磨损、冲击、剥蚀、氧化及腐蚀的零部件的表 面进行处理，主要是因为激光熔覆具有以下特点： a 冷速快( 高达1 0 6 0 c t s ) ，产生快速凝固组织特征。 b 热输入量小，畸变小，涂层稀释度低( 一般小于5 ) ，与基体成 冶金结合。 c 熔覆材料范围宽，许多金属或合金能熔覆到任何金属或合金上， 特别是能在低熔点金属上熔覆高熔点合金。 d 能进行选区熔覆，材料消耗少。 e 光束瞄准，能够使难以接近的区域熔覆。 f 工艺过程易于实现自动化。 激光熔覆工艺材料的添加方式有两种：预置涂层法和同步送粉法。 激光柬 加工头 熔曩层 图1 1 预置涂层法激光熔覆工艺 预置涂层法是指将待熔覆的合金材料以某种方法预先覆盖在基材表 面，然后采用激光束在合金预置层表面扫描，合金预置层表面吸收激光能 量使温度升高并熔化，同时通过熟传导将表面热量向内部传递，使整个合 金预置层及一部分基材熔化，激光束离开后熔化的金属快速凝固而在基材 辽宁工程技术大学硕士学位论文 7 表面形成冶金结合的合金熔覆层的工艺。预置涂层法也称为二步法，如图 卜l 所示。 激光柬 加工头 送粉喷嘴 熔覆层 图1 2 同步送粉法激光熔覆工艺 同步送粉法是在激光辐照基材的同时，用专门设计的送粉器将熔覆所 用的粉末直接送入熔池中，在激光的作用下合金材料和基体材料的一部分 同时熔化，然后冷却结晶形成合金熔覆层的工艺。同步送粉法又称为一步 法或进料法，如图1 2 所示。同步送粉法工艺过程简单，合金材料利用率高， 可控性好，可以熔覆甚至直接成形复杂三维形状的部件，是熔覆技术工业 应用的首选方法。同步送粉法所使用的合金材料可以是粉末、丝材或者板 材。 1 4 激光熔覆的几个主要问题 1 4 1常用的激光熔覆材料 由于还没研究出专门用于激光熔覆的材料，目前激光熔覆材料多采用 热喷涂用材料。这些材料具有优异的耐磨、耐蚀性能，通常以粉末形式出 现，这些材料用火焰喷焊等方法进行熔覆时，可获得表面光滑且与基体结 合较好的熔覆层呻3 ，其产品己广泛应用于机械、冶金、水电、航空等行业。 目前激光熔覆常采用的材料主要有以下几种： a 自熔性合金粉末：自熔性合金可分为镍基自熔合金、钴基自熔合金 辽宁工程技术大学硕士学位论文 8 和铁基自熔合金，其主要特点是含硼和硅，具有自我脱氧和造渣功能，即 自熔性。这类合金在重熔时，硼和硅被氧化生成一层薄膜，这种薄膜既能 防止合金元素被氧化，又能与这些氧化物形成硼硅酸盐熔渣，从而获得氧 化物含量低、气孔少的熔覆层。硼和硅还能降低合金熔点，增加合金的浸 润作用，对合金流动性及表面张力产生有利的影响。自熔性合金粉末具有 较大的适应性，可以用于几乎任何基材。铁基合金作为激光熔覆材料始于 2 0 世纪7 0 年代，所用粉末主要有不锈钢类和高铬铸铁类，适用于工作温度 低于4 0 0o c 的耐磨零件阳1 ，如低碳钢和铸铁基体等。由于铁基合金成本低廉， 经常用作镍基合金的代用品，与镍基合金相比，铁基合金激光熔覆层韧性 稍差。镍基自熔合金是一种广泛使用的具有合理性价比和良好工艺性的表 面涂层材料，具有良好的高温硬度，在室温和高温下具有与c o 基自熔合金 相同的磨损和腐蚀抗力。镍基自熔合金熔覆层作为材料表面的保护涂层材 料和普通耐热件的耐磨涂层材料得到了日益广泛的应用。从工艺上讲，激 光熔覆层因为激光快速凝固过程产生的晶粒细化、非稳态相和过饱和固溶 体，所以具有高硬度、耐磨性和耐蚀性。钴基、镍基激光熔覆层被广泛应 用于高参数阀门密封面等恶劣工况条件。钴基自熔合金粉末与钢铁件在熔 点、热膨胀系数、密度等方面都比较接近，从而减少了熔覆层在冷凝过程 中的热收缩应力；钴基合金具有良好的热稳定性，在熔覆时很少发生蒸发 升华和明显的变质；另外，钻基自熔合金粉末合金在熔化时具有很好的润 湿性，熔化后在基体材料的表面均匀铺散，有利于获得致密和光滑平整的 熔覆层，可以提高熔覆层与基体材料的结合强度。 b 碳化物复合粉末：碳化物复合粉末系是由碳化物硬质相或合金作为 粘接相而组成的粉末体系。它们在一定程度上使碳化物免受氧化和分解， 特别是经过预合金化的碳化物复合粉末，能获得具有硬质合金性能的涂层。 碳化物复合粉末具有很高的硬度和良好的耐磨性能。激光熔覆金属陶瓷可 以通过大功率激光束的作用，形成均匀、致密、与基体结合牢固并具有高 硬度、耐磨损和一定韧性的金属陶瓷复合层。近年来，激光熔覆金属，陶 瓷涂层是一个活跃的研究领域n “。这类材料由于其熔点高，脆性大，膨胀 系数与基体差别大等原因，不易获得无缺陷涂层，大都是与其它金属粉末 辽宁工程技术大学硕士学位论文 9 混合作为激光熔覆的材料。研究耐高温激光熔覆层，加入碳化钨硬质相， 可以增加熔覆层的高温硬度和耐磨性。但碳化钨韧性差，容易开裂，形成裂 纹，并且在熔覆的过程中极易耗损。因此，分析碳化钨在熔覆层的分布和 烧损情况，设计“过渡层”对改善熔覆层的韧性，消除微裂纹都有重要意 义。 c 自粘性合金粉末：自粘性合金粉末是指在热源作用过程中，粉末产 生的放热反应使涂层与基体表面形成良好的冶金结合的一类热喷涂材料。 它最大的优点是具有工作粉和打底粉的双重功能。自粘性合金粉末的类型 有：自粘结碳化钨、自粘结不锈钢、自粘结铝青铜、自粘结镍铝铝以及自 粘结合金钢等系列。这些材料与基体的结合强度高，并具有良好的耐磨损、 抗冲击性能，适合应用予耐磨部件的修复。 d 氧化物陶瓷粉末：氧化物陶瓷粉末具有良好的抗高温氧化、隔热、 耐磨和耐蚀等性能，是一类重要的热喷涂材料，也是目前备受关注的激光 熔覆材料。主要分为氧化铝和氧化锆两个系列，其中氧化锆系陶瓷粉末比 氧化铝系陶瓷粉末具有更低的热导率和更好的抗热振性能，主要被用来做 热障涂层材料，还有待迸一步研究。 1 4 2 激光熔覆材料设计的一般原则 激光熔覆材料要根据使用要求与基体的状况来选配，对于一定工作环 境下的某一基体而言，存在最佳涂层合金。目前，对于涂层材料及基体材 料的许多物理性质无法知道，因此如何去度量涂层材料与基材是否具有良 好的匹配关系成为激光熔覆技术的一个重点。另外，在设计时，不能一味 地追求涂层材料的使用性能，还要考虑涂层材料是否具有良好的涂覆工艺 性，尤其是与基材在热膨胀系数、熔点等热物理性质上是否具有良好的匹 配关系。熔覆材料设计过程中应遵循以下几个原则： a 熔覆材料与基材热膨胀系数的匹配 激光熔覆层中产生开裂、裂纹的重要原因之一是熔覆合金与基材之间 的热膨胀系数的差异，所以在选择涂层材料时首先要考虑涂层与基材在热 膨胀系数上的匹配，考虑涂层与基材的热膨胀系数差异对涂层的结合强度、 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 0 热层性能，特别是抗开裂性能的影响。i f l 前，大多数研究都是根据激光 覆层与基材热膨胀系数的匹配原则进行熔覆材料的选择及成分设计。传 的观点认为：为防止涂层开裂和剥落，涂层和基材的热膨胀系数应满足 一性原则，即二者的热膨胀系数应尽可能地接近。考虑到激光熔覆的工 特点，基材和涂层的加热和冷却过程不同步，熔覆层的热膨胀系数在一 范围内越小，熔覆层对开裂越不敏感，超出范围则容易在基材表面形成 余拉应力，甚至造成涂层和基材开裂。为此，有人总结出了激光熔覆层 料与基材热膨胀系数的匹配原则，即二者的相关参数应满足下面的公式 0 - 2 ( 1 - r ) l ( e r ) a a 5 辽宁工程技术大学硕士学位论文5 2 极化曲线是描述材料在介质中发生钝化过程的曲线，钝化即意味着金 属腐蚀过程被阻碍，一般的极化曲线分4 个阶段：活化溶解阶段、活化一钝 化阶段、钝化阶段和过钝化阶段。其中，致钝电流密度、维钝电流密度越 小，则说明发生钝化越容易，即耐腐蚀性越好；维钝区域越宽说明耐腐蚀 能力越强。 由图表可以看出，与末添加稀土的熔覆层相比，大部分添加稀土的熔 覆层致钝电流密度、维钝电流密度较小且维钝区域宽，说明添加稀土的熔 覆层发生钝化越容易，耐蚀性强。 ， 添加稀土的熔覆层耐蚀性增强，这是因为添加稀土细化组织，熔覆层 组织更加均匀，又加上熔覆层中存在的稀土元素对氢有陷阱作用，使氢在 钢中的渗透过程受到影响，限制了氢的自由度，减低了氢的活度，减慢了 阴极反应，从而提高了熔覆层的耐蚀性。稀土的净化晶界的作用，使晶界 的微观组织得到进一步改善，减少了晶界中的缺陷，减弱了腐蚀沿着这些 部位进行的几率和速度，从而提高熔覆层的耐蚀性。比较添加不同含量稀 土的致钝电流密度和维钝电流密度，可以看到，添加太少量的稀土时，使 熔覆层的组织结构不致密，不能使熔覆层具有良好的耐蚀性；随着稀土加 入量的加大，强化净化晶界、细化组织起的作用更加明显。当加入o 6 一0 8 辽铲r 程技术大学硕士学位论文 c e 0 2 、o 9 一1 2 l a c l 3 时熔覆层的耐蚀性最强。继续添加稀土时，由于稀 土与熔覆层中的其它成分形成的内部夹杂物也增多，晶界处能量加大，造 成熔覆层的表面和内部质量下降，增加了形成表面孔蚀和在内部夹杂物附 近引起腐蚀的趋势，从而降低了熔覆层的耐蚀性。稀土在钝化膜形成中的 作用，可以通过稀土本身的化学性质加以解释，在激光作用过程中从中分 离出来的稀土元素离子，化学性质比较活泼，率先与熔覆层中的硫、氧结 合成比较稳定的化合物，从而起到脱氧脱硫的作用。脱硫的作用在很大程 度上减少熔覆层中的夹杂物含量，这对改善熔覆层的耐蚀性能有很大的影 响。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 5结论 利用激光熔覆技术，采用粉末预置法在4 5 钢表面制备了镍基合金熔覆 层，其中镍基合金粉末里添加了不同含量的稀土化合物。利用金相显微镜、 电子探针、x 射线衍射等分析了熔覆层的组织和物相以及主要元素分布情 况，进行了硬度、耐磨性和耐蚀性等性能实验，通过这些实验和分析，得 出如下结论： a 与未添加稀土的熔覆层相比，添加稀土化合物的熔覆层的组织均匀 细密、晶粒细小，气孔和夹杂大大减少，熔覆层与基体形成良好的冶金结 合，稀土的加入对熔覆层组织起到了显著的作用。 b 镍基合金激光熔覆层主要由y 一( f e ，n i ) ，c r 2 3 c 6 ，n i 3 b ，f e 2 3 ( c ，b ) 6 ， c r 2 b 和f e 2 b 组成，添加稀土化合物的熔覆层x r d 分析和未添加稀土的熔 覆层x r d 分析结果基本相同，稀土的加入并没有生成新的物相。 c 与未添加稀土的熔覆层相比，添加稀土化合物的熔覆层的洛氏硬度 和显微硬度都有了很大的提高，耐磨性有所提高，耐蚀性得到明显的改善。 d 稀土对熔覆层的影响与稀土化合物的加入量有很大关系，本实验条 件下，最佳的稀土加入量为：0 8 w t c e 0 2 ，0 9 w t l a c l 3 。在改善激光熔覆 层的显微组织和性能方面，c e 0 2 比l a c l 3 的效果好。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 5 5 参考文献 1 】刘江龙，邹至荣，苏宝容高能束热处理 m 机械工业出版社1 9 9 7 ，8 ：18 2 7 【2 】钟敏森等高功率激光加工其应用 m 】天津科学技术出版社1 9 9 4 ：1 4 5 1 5 2 【3 】钟华仁钢的稀土化学热处理 m 】国防t 业出版社1 9 9 8 ：3 5 5 5 【4 】曲敬信，汪鸿宏表面工程手册【m 化学工业出版社1 9 9 8 ：5 2 4 5 3 5 【5 】李强等，激光熔覆耐磨涂层的研究现状与展望 j 】宇航材料工艺1 9 9 9 ，1 ：1 3 1 7 6 】陈浩等激光熔覆耐磨涂层的研究进展【j 】金属热处理2 0 0 2 ，2 ：5 1 0 【7 】李文，关振中激光表面熔覆技术现状及展望 j 】长春大学学报1 9 9 9 ，4 ：3 4 3 9 【8 】李连清激光熔覆工艺的应用【j 】宇航材料t 艺2 0 0 2 ，2 ：5 4 5 8 9 】李春彦等综述激光熔覆材料的若干问题 j 】激光杂志2 0 0 1 ，2 3 ：5 9 10 】王邵辉，何宜柱激光熔覆碳化物基金属陶瓷技术进展2 0 0 2 ，7 ：1 7 6 - - i8 0 1 1 李春彦等综述激光熔覆材料的若干问题 j 激光杂志2 0 0 1 ，2 3 ：5 9 1 2 】唐英，杨杰激光熔覆镍基粉末涂层的研究 j 】热处理技术2 0 0 4 ，2 ：1 6 1 1 6 4 13 赵栋郏州人学硕士学位论文2 0 0 3 ，5 ：4 6 1 4 】a b b a sg ，w e s tdr l a s t e r s u r f a c ec l a d d i n go fs t e l l i t ea n ds t e l l s t e - s i cc o m p o s i r e d 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