1、激光熔覆技术的优点激光熔覆技术是随着激光技术发展起来的一种新工艺,作为先进的涂层制备与成型技术,已广泛应用于金属零部件的表面强化与修复中,能够有效提高金属零部件的表面耐磨性,延长服役时间。跟传统修复手段相比,激光熔覆技术具有热影响区小、表面质量好、结合强度高等优点。激光熔覆修复的工件经常工作在中、高温的条件下,评定高温条件下的熔覆层性能,提高材料中高温性能是工程应用前期需要解决的关键问题。应用前景铁基合金材料具有较高的耐磨、耐蚀性能,组分与碳钢铸铁接近，与基体具有良好的相容性，且成本低廉。针对我国目前钢材的应用现状，开发铁基合金的激光熔覆具有重要的研究意义和经济价值。举例证明用自行研制的铁基合
2、金粉末作为熔覆层材料，以40Cr 合金钢为基体，采用Nd : YAG脉冲激光预置熔覆法，在40Cr 合金钢表面制备Fe基涂层；探讨在干摩擦条件下，激光熔覆层的高温摩擦磨损性能，并对熔覆层的微观组织形貌、磨损机理进行了研究。实验材料与方法基体材料为40Cr 钢,加工成直径50 mm、高10 mm 的圆盘,对磨材料为GCr15 钢珠,激光熔覆材料采用自行研制的铁基合金粉末,粉末尺寸在74100m 之间。采用LWS230系列脉冲Nd：YAG激光修复机,通过预置粉末法，多道搭接制备大面积熔覆层，激光熔覆工艺参数见表1。并对熔覆层表面进行精磨、抛光，酒精、丙酮混合溶液清洗处理,供磨损实验用。试样制作成标
3、准金相镶嵌试样,用体积分数为5 %硝酸酒精溶液浸蚀,用HV21000 型显微硬度仪，在1.96 N 的实验力载荷、15s的加载时间的测试条件下测定基体和熔覆层结合部分硬度，并通过SEM 观察高温条件下磨痕显微组织形貌。将试样固定在HT2500型高温摩擦磨损实验机样品盘上，采用球2盘式的摩擦方式,将温度设定到测试温度,加载实验所需载荷，前期实验测定得到，在3.0N 载荷下，熔覆层能得到最佳磨损性能。设定转速以及磨损时间,驱动样品盘转动，以GCr15 钢珠和铁基熔覆层为配副，进行对磨，磨损实验参数见表2。利用摩擦磨损实验机记录即时温度和即时摩擦因数并进行图形绘制与存储。实验结果如表3所示,在100
4、250时,磨损比较剧烈,磨损实验噪声比较大且平均摩擦因数下降的幅度比较小。在300400 时,磨损相对平缓,实验噪声比较小，同时平均摩擦因数下降幅度也比较大。相比于基体，熔覆层的平均摩擦因数在不同温度下都有了不同程度的降低,特别是在400 时，平均摩擦因数只有0. 439 。图1 是干摩擦条件下,不同温度的摩擦因数的曲线。由图可以看出,随着实验温度的升高,两组曲线的平均摩擦力都呈逐渐降低的趋势。在100200 的条件下,磨损比较剧烈,摩擦因数值较高,基体和熔覆层的平均摩擦因数相当。随着温度的升高,磨损强度减弱,变化幅度比较小。随着实验温度在300400 范围内逐渐升高,摩擦过程趋于平稳,平均摩
5、擦因数逐渐降低,且降低幅度大。此时熔覆层的平均摩擦因数较基体低,磨损性能得到改善。磨痕显微组织形貌由图3可以看到,在干摩擦条件下,磨损1 h 以后的熔覆层表面出现剥离的断面,较宽的犁沟,这是由于干摩擦表面温度较高, 产生很大的应力, 造成裂纹扩展,出现一些微裂纹和一些撕裂凹坑。另外组织残存一些碳化物, 在摩擦力作用下, 一些碳化物脱落而形成大量凹坑。干摩擦条件下的磨损机理主要以微切削为主,伴有粘着磨损。图4 是熔覆层与基体横截面微观结构,经过打磨抛光,体积分数为5 %的硝酸酒精溶液的腐蚀,位于图片上层的40Cr 基体截面受到硝酸溶液的腐蚀而变得粗糙,而熔覆层截面相对比较平整,熔覆层组织结构细密
6、、均匀,且没有裂纹、气孔、夹杂物和偏析等缺陷存在。磨痕端面形貌熔覆层横截面的宽度和深度由非接触式粗糙度轮廓仪测量出。从图5 可以发现，随着温度的逐渐升高，磨痕截面曲线逐渐变得平滑，磨痕深度和宽度逐渐增加。讨论与分析激光熔覆是一种快速熔化、急速冷却凝固的冶金过程。以铁基合金粉末为熔覆材料的激光熔覆层显微组织特征是以细小的共晶莱氏体为基底,上面分布着先共晶渗碳体,是典型的快速凝固组织,其强化层中不仅含有大量的合金渗碳体,而且还有马氏体、残余奥氏体和原位析出的颗粒11212 ，见图6 。在磨损过程中,合金渗碳体、马氏体以及原位析出的高硬度颗粒起到支撑的作用。 由于激光功率高，扫描作用时间短，熔覆层和
7、基体表层加热后熔化速度快，急速冷却时过冷度大，熔池中的合金元素能迅速形成多种化合物而增加非自发晶核的数量，使形核率大为提高，形成细小均匀的显微组织。细密显微组织的存在极大提高了晶界结合力，增强了熔覆层的强度和韧性，保证了熔覆层的耐腐蚀性能。激光熔覆修复后表面显微硬度显著提高，从熔覆区2结合区2基体的显微硬度呈梯度分布，熔覆层的平均硬度达到373. 8HV(0. 2)，显著高于基体的平均硬度198. 4HV(0. 2) ，见图7 。在干摩擦条件下，GCr15 钢珠与熔覆层形成的摩擦副之间的真实接触面积小、应力大、金属之间容易发生粘着。随着温度增加，平均摩擦因数增大，滑动摩擦力增大，金属之间结合紧密。当超过材料的屈服极限时，材料就容易发生塑性变形。这是因为:温度升高时，原子活动能力增强,钢铁中的铁、碳和其它合金元素的原子可以较快地进行扩散,实现原子的重新排列组合，受到中温回火的影响,组织从不平衡组织逐步向稳定的平衡组织转变,韧性逐渐增强，磨损逐步趋于平稳，平均摩擦因数随着温度的升高大体上逐步降低。在300 的条件下，平均摩擦因数相对250 有所增加，这是因为亚共析钢低温回火温度是150300，钢材第一类回火脆性温度在250400之间，由于40Cr含有Si、Mn、Cr 等元素,第一类脆性温度将提高，在300 回火时，常常使脆性变大，硬度相应降低,摩擦因数相应有所增加。 谢 谢！
