电磁场辅助激光熔覆镍基合金涂层组织与性能研究

【作者】 张峻巍； 王茜； 陈发强； 翟璐璐； 班春燕；

【机构】 辽宁科技大学大学材料与冶金学院； 东北大学材料科学与工程学院；

【摘要】 激光熔覆是一种利用激光束将熔覆材料和基体熔化,凝固后形成与基体呈冶金结合熔覆涂层的表面改性技术。由于其具有变形量小、结合强度高、稀释率低的特点,在航空航天、汽车、矿山机械、石油化工等领域有着广泛的应用。但在激光熔覆高硬合金涂层过程中,涂层中会产生较大的残余应力,往往易造成涂层开裂。裂纹不仅会影响零部件的性能,还会降低其使用寿命,这也成为激光熔覆技术亟待解决的问题。本文在工业纯铁基体表面激光熔覆镍基合金涂层过程中,同步施加稳态磁场和交变电流,研究了不同电磁复合场对涂层宏观形貌、物相、微观组织及成分的影响,并对涂层的显微硬度、电化学腐蚀及摩擦磨损性能进行测试,同时利用X射线衍射法测量了涂层表面、结合区及热影响区的残余应力分布情况。讨论了电磁场对激光熔覆镍基涂层残余应力的影响,并阐述电磁场对残余应力的作用机制。结果表明,熔覆层有γ-Ni、CrB、Cr₇C₃以及Ni₃B组成,电磁场不会改变其物相组成。电磁场有助于改善涂层表面的波动程度,随着电场强度从0 A增大到1200 A,微观组织逐渐细化,且硬质相CrB的数量增多;而过高的电流导致的热作用会使组织重新粗大化。电磁场产生的交变电磁力对熔池有机械搅拌作用,促进了熔池内部的传质和传热过程,降低了温度梯度;同时还能增大熔池中的形核率,进而起到细化晶粒的作用。电磁场的引入有利于提升涂层的硬度,最高可达885.9 HV_0.2;摩擦磨损性能和耐蚀性同样也得到改善,电磁参数为0.2 T+1200 A时可以获得综合性能最优的涂层。同时,电磁场还可以降低涂层的开裂倾向,并降低残余应力。更多还原