1、激光熔覆激光熔覆陈德强一、背景介绍一、背景介绍 磨损、腐蚀等起源于表面。采用表面改性技术在金属材料表面制备各种功能涂层，耐磨、耐蚀、抗氧化等，内部保持原有金属材料的性质(低价、性能)的同时提高了材料表面的特殊性能。常用表面改性方法:电镀、PVD(物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)、渗碳、渗氮、离子注入、激光淬火、激光重熔、激光熔覆、等离子熔覆、等离子喷涂、超音速火焰喷涂等等。激光熔覆：激光熔覆技术兴起于上世纪八十年代，亦称激光包覆或激光熔敷，是一种新的表面改性技术，它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面一起熔凝的方法，在基材表面形成与其为冶金结合、具有成分与性能
2、完全不同的合金涂层，从而可以在低成本基材上制成高性能表面，代替大量的高级合金以节约贵重、稀有金属材料，降低成本和能源消耗。二、实验方法二、实验方法 1.激光熔覆涂层制备：激光熔覆涂层制备：粉末成分配比：粉末成分配比：预期性能(耐磨TiC、Cr7C3、Ti5Si3，耐蚀Cr3Si，抗氧化Al2O3、SiC)、合金相图(基材+合金粉末)抗氧化：重量法、容量法、压力法、电阻法Frequency(Hz)Tempeature()Frequency(Hz)常用表面改性方法:电镀、PVD(物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)、渗碳、渗氮、离子注入、激光淬火、激光重熔、激光熔覆、等离子熔覆、等离子喷涂、超音
3、速火焰喷涂等等。光学显微镜(OM)：观察涂层各相宏观分布显微硬度：显微硬度计测量，得出涂层显微硬度沿深度方向分布情况Mating-discComposite II采用表面改性技术在金属材料表面制备各种功能涂层，耐磨、耐蚀、抗氧化等，内部保持原有金属材料的性质(低价、性能)的同时提高了材料表面的特殊性能。Composite I元素能谱分析(EDS)：分析涂层各组成相的元素成分含量，结合XRD确定各相采用表面改性技术在金属材料表面制备各种功能涂层，耐磨、耐蚀、抗氧化等，内部保持原有金属材料的性质(低价、性能)的同时提高了材料表面的特殊性能。粉末成分配比：预期性能(耐磨TiC、Cr7C3、Ti5Si
4、3，耐蚀Cr3Si，抗氧化Al2O3、SiC)、合金相图(基材+合金粉末)断裂韧性：纳米压痕（定性、粗略分析）、原位拉伸，得出涂层的断裂韧性，分析断裂特征电化学：阳极极化曲线、交流阻抗谱 加工工艺参数：加工工艺参数：激光功率、光斑直径、扫描速度、送粉速度(粉末预置厚度)、搭接率(多道熔覆)2.组织分析组织分析 宏观：宏观：肉眼：观察涂层质量 光学显微镜(OM)：观察涂层各相宏观分布 微观：微观：X射线衍射仪(XRD)：定性分析涂层相组成 扫描电镜(SEM)：分析涂层各相微观组织形貌 元素能谱分析(EDS)：分析涂层各组成相的元素成分含量，结合XRD确定各相 透射电镜(TEM)：分析超细相或SE
5、M不能确定的相(a)元素重量原子 百分比百分比C K17.9446.57Ti K82.0653.43总量100.00(b)元素重量原子 百分比百分比C K12.2933.20Al K14.0216.87Ti K73.6949.93总量100.00 3.性能测试性能测试 力学：力学：显微硬度显微硬度、结合强度、断裂韧性 耐磨：耐磨：滑动磨损滑动磨损、微动磨损、滚动磨损 耐蚀：耐蚀：电化学、浸泡电化学、浸泡、盐雾 抗氧化：抗氧化：重量法重量法、容量法、压力法、电阻法 3.1 力学性能力学性能 显微硬度：显微硬度：显微硬度计测量，得出涂层显微硬度沿深度方向分布情况 结合强度：结合强度：三点弯曲实验、
6、划痕实验，得出涂层与基材结合强度，计算涂层弹性模量SubstrateCoatingb30 mmFh 断裂韧性：断裂韧性：纳米压痕（定性、粗略分析）、原位拉伸，得出涂层的断裂韧性，分析断裂特征元素能谱分析(EDS)：分析涂层各组成相的元素成分含量，结合XRD确定各相Composite I电化学：阳极极化曲线、交流阻抗谱Composite IComposite I扫描电镜(SEM)：分析涂层各相微观组织形貌Wear mass loss(mg)采用表面改性技术在金属材料表面制备各种功能涂层，耐磨、耐蚀、抗氧化等，内部保持原有金属材料的性质(低价、性能)的同时提高了材料表面的特殊性能。X射线衍射仪(X
7、RD)：定性分析涂层相组成Composite I耐磨：滑动磨损、微动磨损、滚动磨损3.2 磨损性能磨损性能 滑动磨损：滑动磨损：环快式(block-on-wheel)，盘块式(block-on-disc)，销盘式(pin-on-disc)Block-likeSpecimenCoatingLoadRotatingMating-discLoad(N)Velocity(mm/s)Tempeature()Time(min)49/98150/30025/40060磨损失重、摩擦系数SpecimensWear mass loss(mg)Mass loss of counterpart(mg)Composite I3.237.3Composite II10.299.9W18Cr4V33.571.1Load(N)Frequency(Hz)Stroke(m)Tempeature()Time(min)201060025/40020StrokePSubstrateCoating 微动磨损：微动磨损：电化学：阳极极化曲线、交流阻抗谱 浸泡：Corrosion SolutionSamples3.2 耐蚀耐蚀性能性能3.3 抗氧化性能谢谢！
