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激光熔敷镍基碳化钨的腐蚀磨损行为近年来，随着激光熔敷技术的发展和应用，熔敷镍基碳化钨(Ni-CWC)材料的性能以及其在工程中的使用越来越受到重视与关注。
然而，Ni-CWC材料的腐蚀磨损行为在其应用之前尚未得到充分的研究。
因此，研究Ni-CWC材料的腐蚀磨损行为对于其在工程中的应用至关重要。
Ni-CWC材料是一种合金材料，由钨、镍、碳等元素组成，具有较高的强度和耐磨性能。
它在工程应用中可以用作受力零件，如轴承、齿轮、离合器等。
然而，Ni-CWC材料受到酸、碱、盐类介质的腐蚀和磨损会产生一定的影响，进而影响其长期的使用性能。
为了研究Ni-CWC材料的腐蚀磨损行为，本研究采用了磁控溅射法，将Ni-CWC材料表面涂覆镍，建立了一个模拟实验用以研究Ni-CWC 材料在酸性和碱性环境中的腐蚀磨损行为。
实验结果表明，Ni-CWC材料在实验中试验的不同介质中均存在着明显的腐蚀磨损行为，其中，在酸性介质中的磨损量明显高于在碱性介质中的磨损量。
这是因为Ni-CWC材料的表面容易被酸性介质侵蚀，形成腐蚀产物淤堵其表面，增加其磨损量。
另外，实验中发现，磨损量与介质活化能之间存在一定的关系，随着介质活化能的增加，Ni-CWC材料的磨损量也会随之增加。
经过实验，可以看出Ni-CWC材料在不同介质中均存在着腐蚀磨损行为。
它们的磨损量与介质活化能的大小有着明显的相关性。
为了确保Ni-CWC材料在工程中的长期使用，需要考虑其在不同介质中的腐蚀磨损行为，严格控制使用环境，此外，采用有效的防护措施，如涂覆耐腐蚀涂层，同样可以有效地避免Ni-CWC材料的腐蚀磨损行为。
综上所述，本研究对Ni-CWC材料的腐蚀磨损行为进行了详细的研究，得出了对于Ni-CWC材料在工程中长期使用的有益建议。
这些结果将有助于进一步开发和应用Ni-CWC材料，为工程的发展贡献力量。
ＣｅO2对镍基碳化钨激光熔覆层组织和耐腐蚀性能的影响匡建新1 汪新衡1，朱航生2（１. 湖南工学院机械工程系；2. 衡阳丰顺车桥有限公司产品部,湖南衡阳4２1０0２)摘要:采用Ni60+70wt%镍包碳化钨合金粉末在45钢基材表面进行了激光熔覆。
对比研究了添加不同含量CeO2 在不同激光功率条件下对激光熔覆层的显微组织、裂纹情况、硬度分布及耐腐蚀性能的影响。
适量CeO2的加入能使镍基碳化钨金属陶瓷熔覆层组织细化，裂纹大为减少甚至消失,宏观质量得到显著改善。
添加适量ＣeO2的激光熔覆层的耐腐蚀能力比不含ＣeＯ2的激光熔覆层要高且显著优于０Cｒ18Nｉ9不锈钢。
关键词:CeO2;激光熔覆；裂纹；微观组织；耐腐蚀性Effect of CeO2ｏn the Structure ａnd Ｃoｒrosｉon Ｒesistａnce ｏｆNｉ／WC ｃｌaddinｇlａyerKANG Ｊian－xｉn１,ＷANG Xin-ｈeｎｇ1, ZＨＵＨａng-ｓheng2（1. Dept. ｏf ＭｅchａｎiｃａlＥngineerinｇ, Hu’nan Instｉtｕｔe ｏf Teｃｈｎology,；2．Ｐroducｔs DiｖisｉoｎofＨｅngyaｎg Fenｇshun AutomdbilｅAxle CO.LTD，Hengyaｎg Hu’naｎ42１002,Ｃhina）Aｂstract:Ni6０+Ｎi／WＣcomposite alloｙcoａtingｓon 45 ｓteeｌｈaｓbeen prepared by laseｒclaｄｄinｇteｃhnology.Ｔｈｅinfluenｃe of CｅO2 contenｔｓanｄlaser pｏｗer on tｈe miｃrostｒucturｅ，crａck, mｉcroｈardness and coｒrosion ｒesｉst ａncｅhas ｂeｅn stｕｄｉed.Ｉt iｓsｈｏwn tｈat tｈe miｃrostrｕcture of lasｅｒｃoａｔｉnｇs iｓｇreａtly refiｎed anｄthe crackｓiｓｏbviously reｄuced or even vaｎｉｓhｅｄby ａddｉtｉon of prｏper ａmouｎt ofＣeO2．Tｈｅcorrosion resiｓtance of tｈe coatings with ｐropｅr amouｎtｏf CeO2 is betteｒｔｈaｎthat ｏf the coatingｓwiｔhout ＣｅＯ2. Ｂuｔtｈere iｓraised ｒｅmarkａblyｗith stｅeｌ0Cr1８Ｎi９.Kｅy wｏrds:CｅO2;laｓer ｃladｄing；craｃk;ｍiｃrostrｕcｔuｒe；corroｓiｏnｒesiｓt ａｎｃe引言金属陶瓷激光熔覆中最棘手的问题是熔覆层的开裂和基体的变形，并在很大程度上限制了这一技术的应用。
碳化钨增强镍基喷熔层耐磨性的研究
沈德久;王玉林;方春林
【期刊名称】《粉末冶金技术》
【年(卷),期】1997(15)4
【摘要】试验研究了不同含量的两种碳化钨粉末对镍基自熔合金喷熔层耐磨性的影响。
结果表明，碳化钨粉末对喷熔层有显著的增强作用，其中质量分数为５０％铸造碳化钨的喷熔层耐磨性约为Ｎｉ６０喷熔层的９倍、合金高铬铸铁的１４倍。
从组织上分析了耐磨性升高的原因。
【总页数】3页(P286-288)
【关键词】喷熔层;耐磨性;碳化钨;镍基
【作者】沈德久;王玉林;方春林
【作者单位】燕山大学材料学院;第一重型机器厂
【正文语种】中文
【中图分类】TB333;TF125.9
【相关文献】
1.碳化钨增强镍基合金熔覆层及其耐磨性 [J], 许斌;冯承明
2.氧-乙炔焰镍基碳化钨喷熔层的磨粒磨损性能和抗咬合性 [J], 许斌;冯承明
3.铁基,镍基,碳化钨自熔合金粉末喷焊层的磨粒磨损特性研究 [J], 解培民
4.硬质WC粒子增强镍基合金喷熔层耐磨粒磨损性能的研究 [J], 谭业发;王耀华
5.碳化钨含量对钴基碳化钨复合喷熔层耐磨性的影响 [J], 王海斗;徐滨士;魏世丞;张显程;金国;姜祎
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截齿镍基钴包碳化钨激光熔覆涂层磨损性能研究杨盼;王琪;马丹丹;赵晓冲【摘要】Laser cladding technology was applied to form a Ni⁃based WC⁃Co coating with high wear resistance on TBM cutting teeth to solve the wear out failure. With Ni60B as the binding phase, WC⁃Co ceramic nanoparticle reinforced Ni⁃based composite coatings were claded on 42CrMo steel substrates. Wear⁃resisting performances of the coatings were tested with a MM200 ring⁃block wear testing machine in dry friction and water friction environment, surface hardness for the original coatings and worn ones were measured by microhardness tester, and their transforms in microstructure and composition were analyzed by SEM and EDS. It shows that the wear resistance of cutting teeth can be improved by laser⁃claded coatings, while the tiny precipitated phase in the worn claded layers displays a dispersion strengthening effect, and the surface microhardness of layers can be increased by 10%. Under the same wearing parameters, hardness of coatings after dry wear is higher than those after wet wear.%为解决掘进机截齿的磨损失效问题，在截齿表面激光熔覆高耐磨的镍基（ Ni）钴包碳化钨（ WC⁃Co）涂层。
激光熔覆制备WC增强镍基合金涂层研究进展
徐良杰;孙圣元;刘子涵;黄鹏;孙泽虎;焦俊科
【期刊名称】《电加工与模具》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】碳化钨(WC)镍基合金涂层具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高硬度等优异性能,利用激光熔覆技术制备WC镍基合金涂层优势明显,已成为国内外研究的热点。
通过对激光熔覆制备WC增强镍基合金涂层的研究进展进行综述,首先介绍了WC
增强镍基合金涂层的特性及其激光熔覆制备方法,其次介绍了几种常用的熔覆层性
能改善措施和后处理技术,最后对WC增强镍基合金涂层激光熔覆制备技术存在的
问题及发展趋势进行了展望。
【总页数】8页(P48-55)
【作者】徐良杰;孙圣元;刘子涵;黄鹏;孙泽虎;焦俊科
【作者单位】扬州大学机械工程学院;宁波劳伦斯汽车内饰件有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG665
【相关文献】
1.不锈钢基体上激光熔覆原位合成制备TiB2/WC增强镍基复合涂层
2.激光熔覆制备硬质颗粒增强镍基合金复合涂层的研究进展
3.真空环境与基体预热对激光熔覆WC增强镍基合金涂层组织和性能的影响
4.CeO2加入含量对激光熔覆WC增强
镍基合金涂层组织与性能的影响5.TC4钛合金表面激光熔覆WC增强镍基复合涂
层的组织及耐磨性
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激光熔覆Ni基WC金属陶瓷涂层组织与高温磨损性能汪新衡，匡建新，黄开有，陈丰峰(湖南工学院机械工程系，湖南衡阳 421002摘要：在21-4-N耐热钢表面进行添加WC颗粒的镍基自熔粉末激光熔覆处理，得到了Ni基WC合金涂层。
对熔覆层进行了显微组织观察和分析以及不同温度下的高温干摩擦磨损试验。
结果表明，Ni21+20%WC+0.5%CeO2熔覆层组织细小，高温干摩擦磨损性能最好。
关键词：激光熔覆；镍基金属陶瓷涂层；高温干摩擦磨损Microstructure and Abrasive-wear Behavior Under High Temperature of Laser Clad Ni-based WC Ceramic CoatingWANG Xin-heng ,KUANG Jian-xin , HUANG Kai-you，CHEN Feng-feng（ Dept.of Mechanical Engineening,Hunan institute of Technology, Hengyang Hunan 421002,ChinaAbstract:The laser cladding which self-fused Ni-based ceramic powder of WC composite is used on the surface of 21-4-N heat-resisting steel, Ni-based WC coating can be formed. Observing and analying the microstructure of cross section, Checking the abrsrssive-wear under high temperature of cross section in different temperature. The results showed that the microstructure of Ni21+20%Wc+0.5%CeO2 cladding layer is small and it presents the best abrasive-wear behavior under high temperature in these investigated coatings. Keywords:laser cladding ; Ni-based Metal-ceramics layers; abrasive-wear under high temperature激光熔覆技术具有涂层与基体结合牢固、涂层稀释率低、工件变形小等特点。
Ni–Cr +WC 复合涂层的激光熔覆技术发展和特点摘要：为了提高金属工件在氧化和磨损环境中的寿命，通常在其表面附上特殊涂层。
最近二十年，随着激光技术的迅速发展，激光用来生产高质量涂层。
含有Ni和WC的金属基陶瓷复合涂层（MMC）通常用于延长恶劣磨损工作条件下工件的寿命。
根据美国试验材料学会G-65标准试验方法，通过对激光熔覆技术和普通耐磨堆焊技术做耐磨比较试验，发现经激光熔覆后工件寿命延长六倍。
取得如此效果的原因是激光熔覆有低的稀释率和高的凝固速度。
结果，对于含有WC颗粒的MMC，激光熔覆后WC有更高的体积分数和更好的微观结构。
为了工程上所需要的耐氧化和耐磨性能，开发了Ni–Cr +WC复合涂层。
通过在标准钢上熔覆含有不同WC体积分数的Ni、Cr基体复合涂层，探究工艺参数对熔覆质量的影响，观察其微观结构。
关键词：激光熔覆MMC 耐磨特性Nd YAG激光器涂层WC颗粒1．介绍近二十年，随着激光在工业中的应用，激光熔覆随之发展并取得了广泛地应用，不仅生产出了含有自润滑耐磨损颗粒的复合涂层，而且也出现了耐腐蚀的超合金涂层。
WC颗粒的形状对涂层微观结构和耐磨损性能的影响以及激光熔覆涂层在耐磨环境中服役的优势也被研究与讨论。
为了增加熔覆工件的寿命，发展了不同成分的多层熔覆层。
耐磨堆焊是指将耐磨的硬质材料附着在质地软的材料表面，是一种有效减少表面磨损、撞击损坏、腐蚀、侵蚀的方法。
在很多情况下，注定要承受恶劣表面磨损的工件在服役钱都要进行耐磨堆焊处理。
然而在这种表面技术中，工件表面受高温，存在很多不可忽视的缺陷和很高的稀释率。
对于含有WC颗粒的MMC，稀释率对于最终WC的体积分数和熔覆材料的耐磨特性有着直接的影响。
激光熔覆稀释率为1~2%，而传统耐磨堆焊稀释率为5~10%。
对于所需要的和保持稳定性的组分，激光熔覆有大的选择范围。
在该文档对激光熔覆和耐磨堆焊技术生产的工件的耐磨特性做了比较。
分别用上述两种方法生产含有WC颗粒的Ni-Cr基合金并比较而这的耐磨特性。
WCNi基合金激光熔覆工艺及熔覆层特性研究的开题报告本次开题报告的研究课题为“WCNi基合金激光熔覆工艺及熔覆层特性研究”。
该课题的目的是通过激光熔覆技术，制备出WCNi基合金熔覆层，研究其组织、力学性能和耐磨性能等特性，以期探究其在材料表面修复和增强方面的应用。
第一部分：研究背景及意义WCNi基合金是一种由钨碳化物和镍合金组成的高性能材料，具有高硬度、高强度、高韧性和耐磨性等优异特性。
由于其优良的性能，WCNi 基合金在航空、航天、汽车、冶金、矿山等领域有着广泛的应用前景，尤其是在表面修复和增强方面，具有独特的优势。
而激光熔覆技术作为一种高效、精确、可控的表面修复和增强技术，对于WCNi基合金的制备和应用具有重要的意义。
因此，对WCNi基合金的激光熔覆工艺及熔覆层特性进行研究，对于推进该材料的应用和开发具有重要的实践意义。
第二部分：研究内容和方法2.1 研究内容本次课题主要研究以下内容：（1）WCNi基合金激光熔覆工艺参数的优化；（2）WCNi基合金激光熔覆层组织结构、力学性能和耐磨性能的表征和分析；（3）WCNi基合金激光熔覆层的适用性评价和应用前景分析。
2.2 研究方法本次研究采用以下方法：（1）选用合适的WCNi基合金粉末，利用激光熔覆设备进行材料加工；（2）通过镜面显微镜、扫描电子显微镜、力学性能测试和耐磨性能测试等分析方法，研究WCNi基合金激光熔覆层的组织结构、力学性能和耐磨性能；（3）对WCNi基合金激光熔覆层的适用性进行评价，并分析其在表面修复和增强方面的应用前景。
第三部分：研究进展和计划3.1 研究进展目前，我们已经完成了WCNi基合金激光熔覆工艺参数的初步探索和优化，初步确定了合适的激光功率、扫描速度和粉末厚度等参数，得到了较为理想的熔覆层。
接下来，我们将对熔覆层进行详细的组织结构和力学性能测试，进一步探究WCNi基合金激光熔覆层的特性和应用前景。
3.2 研究计划下一步，我们将按照如下计划进行研究：（1）利用光学显微镜和扫描电子显微镜等手段，观察WCNi基合金激光熔覆层的显微组织结构和相态，并对其进行分析和表征；（2）通过压缩试验、拉伸试验和硬度测试等手段，研究WCNi基合金激光熔覆层的力学性能，并与普通WCNi基合金材料进行对比分析；（3）利用磨损试验和摩擦磨损试验等手段，研究WCNi基合金激光熔覆层的耐磨性能，并分析其适用性和应用前景。
镍基合金激光熔覆研究进展及其在反应堆的应用展望目录一、内容概括 (2)1.1 研究背景与意义 (2)1.2 国内外研究现状与发展趋势 (4)二、镍基合金激光熔覆基本原理 (5)2.1 激光熔覆技术概述 (6)2.2 镍基合金材料特点 (7)2.3 激光熔覆过程中的物理与化学变化 (9)三、镍基合金激光熔覆工艺研究进展 (10)3.1 激光参数选择与优化 (12)3.2 合金粉末粒度与烧结工艺改进 (13)3.3 表面处理技术对熔覆质量的影响 (13)3.4 不同激光器与焊接技术的比较 (15)四、镍基合金激光熔覆的组织与性能研究 (16)4.1 熔覆层微观组织形貌分析 (17)4.2 熔覆层力学性能测试与评价 (19)4.3 熔覆层耐腐蚀性能研究 (20)4.4 熔覆层高温性能评估 (21)五、镍基合金激光熔覆在反应堆中的应用展望 (22)5.1 反应堆冷却剂系统材料选择 (24)5.2 反应堆结构材料激光熔覆修复技术 (25)5.3 反应堆安全屏障材料研发与应用 (26)5.4 激光熔覆技术在反应堆驱动冷却系统中的应用 (28)六、镍基合金激光熔覆面临的挑战与对策 (29)6.1 生产成本与工艺稳定性问题 (30)6.2 熔覆层长期性能评估与验证 (32)6.3 安全性评估与监管政策完善 (33)6.4 人才培养与技术研发团队建设 (34)七、结论与展望 (36)7.1 研究成果总结 (36)7.2 未来发展方向与趋势预测 (37)一、内容概括镍基合金激光熔覆技术因其能够有效提升材料性能、降低制造成本和加工复杂度的优势，在诸多领域得到了快速发展。
尤其是在反应堆领域，镍基合金激光熔覆有望为延长堆芯寿命、提高安全性以及降低维护成本等方面提供有效的解决方案。
本文首先综述了镍基合金激光熔覆的基础原理和技术特点，详细介绍了国内外学者近年来在激光熔覆过程优化、熔覆体系设计和性能评价等方面的研究进展。
接着，针对反应堆的具体应用需求，分析了不同种类的镍基合金激光熔覆材料在堆芯组件、管道、热结构等方面的优势及应用前景。
激光熔覆ni基金属陶瓷复合涂层的裂纹研究激光熔覆ni基金属陶瓷复合涂层是一种新型的表面技术，用于改善工件表面的性能。
但是，激光熔覆ni基金属陶瓷复合涂层存在着裂纹问题，如何有效研究裂纹等问题，是工程技术研究的重要课题。
本文将从涂层裂纹的形成机理，复合涂层的结构力学性能，以及应用于复合涂层的裂纹分析等方面，来研究激光熔覆ni基金属陶瓷复合涂层的裂纹问题。
一、涂层裂纹的形成机理激光熔覆ni基金属陶瓷复合涂层裂纹的形成主要有：涂层热应力引起的裂纹，散热不良所致的涂层弛豫裂纹，涂层冷热复合效应引起的裂纹，涂层中杂质沉积所致的裂纹，涂层混入杂质及抗拉强度悬殊引起的裂纹，以及因涂层厚度不均匀引起的裂纹等。
二、复合涂层的结构力学性能复合涂层的结构力学性能是激光熔覆ni基金属陶瓷复合涂层裂纹形成的主要决定因素。
结构力学性能包括涂层一次性强度、疲劳性能、可塑性、断裂韧性、蠕变性等。
复合涂层的强度决定了复合涂层在受力作用时的变形特征，而涂层的疲劳性能决定了复合涂层的结构力学性能，可塑性、断裂韧性和蠕变性影响了涂层的机械性能。
三、应用于复合涂层的裂纹分析应用于复合涂层的裂纹分析，主要包括激光熔覆ni基金属陶瓷复合涂层表面宏观裂纹、显微裂纹、表面微裂纹以及深部裂纹的研究。
从宏观裂纹研究中可以发现涂层裂纹的分布规律，并且可以检测涂层的强度和韧性，从而更好地控制裂纹的发生。
而在显微研究中，可以进一步研究复合涂层的结构，发现和分析涂层内部的裂纹，有效研究涂层的断裂特征，从而有效控制涂层的断裂模式。
四、结论从上述研究可以看出，激光熔覆ni基金属陶瓷复合涂层裂纹的形成主要由复合涂层的结构力学性能和涂层表面宏观裂纹以及涂层深部裂纹等因素决定，所以要有效研究激光熔覆ni基金属陶瓷复合涂层的裂纹问题，就需要从结构力学性能，表面宏观裂纹及涂层深部裂纹的研究入手。
另外，为了更好地控制激光熔覆ni基金属陶瓷复合涂层裂纹的发生，还需要改善涂层的热处理工艺，控制涂层的厚度，优化涂层的混入杂质，以及提高涂层的抗拉强度。
激光熔覆碳化钨颗粒增强镍基合金梯度涂层的研究一、研究背景你有没有想过，我们每天接触的机械设备、工具，甚至一些高科技的产品，背后都有着强大的“护盾”？大家可能会想，怎么可能，机器怎么会有盾牌？可实际上，它们的表面材料就是这个“盾牌”。
其中，镍基合金就像是这些装备的超级防护层。
镍基合金可耐高温，抗腐蚀，简直是工业界的“金刚不坏之身”。
你知道吗，镍基合金再强大，也经不住长期的磨损，尤其是当它面对高冲击、高磨损的环境时，老是吃不消。
这时候，我们就得找办法增强它的耐磨性，给它加上一层坚固的外壳。
说到增强，咱们不得不提一个神奇的东西——碳化钨颗粒。
你没听错，就是这个“钨”，非常耐高温，硬得吓人。
把它和镍基合金结合起来，简直是如虎添翼！但是，问题也来了，这样的材料如何才能更好地融合呢？嗯，激光熔覆技术就成了关键。
二、激光熔覆技术的神奇之处什么是激光熔覆呢？简而言之，它就是用高功率激光束将材料表面加热到熔化状态，再将其他物质（比如碳化钨颗粒）融入其中，形成一层牢固的涂层。
简单来说，就是把高温的激光像火焰喷射器一样，狠狠地烧在合金表面，把合金和碳化钨颗粒融合成一体。
这一技术不仅能增强涂层的硬度、耐磨性和抗腐蚀性，还能使涂层的质量更加均匀，给材料提供一个超级防护罩。
而且最牛逼的是，激光熔覆还可以控制涂层的厚度和结构，确保合金和增强颗粒之间完美结合。
它就像一位经验丰富的大厨，能根据需要调节火候，给涂层的成分和性能量身定做。
不仅如此，激光熔覆还比传统的涂层技术省时省力、效果持久。
你要知道，传统的涂层方法常常需要好几步工序，而激光熔覆技术则一气呵成，省去了不少麻烦。
三、碳化钨颗粒的加持咱们来聊聊这个碳化钨颗粒，它可不是个简单的“小伙伴”。
为什么要选择它呢？钨是已知的最硬的金属之一，单拿出来就能让不少材料心生畏惧。
再加上它耐高温，抗腐蚀的特性，简直是做涂层的最佳“材料”。
把它融入镍基合金中后，就像给合金穿上了一套黄金铠甲，让它不仅抗磨损，还能抵抗各种恶劣环境的侵袭。
激光熔覆金属陶瓷技术研究概况
吴新伟;曾晓雁;朱蓓蒂;崔崑
【期刊名称】《金属热处理》
【年(卷),期】1996()4
【摘要】从激光熔覆金属陶瓷技术的工艺方法以及金属陶瓷复合层中硬质陶瓷相、粘结金属类型的选择3个方面综述了激光熔覆金属陶瓷技术的发展概况。
【总页数】5页(P40-44)
【关键词】金属陶瓷;激光熔覆
【作者】吴新伟;曾晓雁;朱蓓蒂;崔崑
【作者单位】华中理工大学材料科学与工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TG156.99;TG148
【相关文献】
1.激光熔覆钴基金属陶瓷复合涂层抗高温氧化及冲蚀性能 [J], 高冰;于宁;熊云
2.激光熔覆制备金属陶瓷选择性吸收涂层的研究 [J], 马惠阳; 庞旭明; 王健
3.铝合金表面添加La_2O_3激光熔覆Ni基WC金属陶瓷涂层研究 [J], 钱书琨;蒋冬青;汪新衡;朱航生
4.激光熔覆Fe基TiB_2+TiC金属陶瓷层的组织及摩擦磨损性能 [J], 汪新衡;刘安民;钱书琨;朱航生
5.激光功率对激光熔覆WC_P/Ni基金属陶瓷涂层的组织与磨损性能的影响 [J],
斯松华;袁晓敏;徐锟;何宜柱
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第24卷 第6期中 国 激 光V o l.A24,N o.6 1997年6月CHIN ESE JOU RN AL OF LASERS June,1997镍基碳化钨金属陶瓷激光熔覆层开裂性的研究*吴新伟 曾晓雁 朱蓓蒂 陶曾毅 崔 昆(华中理工大学材料科学与工程系 武汉430074)提要 利用2kW CO2激光器在A3钢板上进行N i基W C金属陶瓷的激光熔覆试验,研究了在不同工艺条件及碳化钨含量下熔覆层的开裂性能。
结果表明,碳化钨金属陶瓷激光熔覆层中碳化钨本身成了裂纹产生与扩展的薄弱环节,但碳化钨含量较高时熔覆层裂纹率反而降低。
试验结果还显示,不同碳化钨含量下,熔覆层的宏观裂纹数目随激光扫描速度的变化规律不同。
关键词 激光熔覆,金属陶瓷,开裂性1 引 言 激光熔覆金属陶瓷技术是采用激光束在普通金属材料表面熔覆一层硬度高、热稳定性好、与基材结合牢固的金属陶瓷工艺。
它成功地将金属的延性、高强度和陶瓷相的高熔点、较好的化学稳定性、高硬度等性能结合起来,构成一种新的复合材料。
将其应用于工、模具等易磨损部位,可以大幅度地延长其使用寿命,提高劳动生产率。
激光熔覆中最棘手的问题是熔覆层的开裂和基体的变形,因而拉长了由试验到生产的距离,并在很大程度上限制了这一技术的应用范围。
对于自熔合金激光熔覆的开裂问题,国内外学者已进行了大量研究,并取得了一些成果[1,2]。
而对于金属陶瓷复合涂层的激光熔覆而言,由于硬质陶瓷相的加入,其影响因素变得更为复杂,裂纹率也大大增加。
而这方面的工作国内外还研究较少,对裂纹的成因缺乏深入分析。
本文着重研究了不同碳化钨含量下金属陶瓷激光熔覆涂层裂纹率随激光工艺的变化规律,并从金属陶瓷熔覆层中残余应力大小及分布、粘结金属韧性以及激光熔池中的对流等三个方面对试验结果进行了分析。
2 试验方法2.1 试验装置本试验在2kW CO2激光器及微机控制的多用机床上进行。
试验过程中保持激光器输出功率为2kW,光斑直径为6mm,激光与试样相对运行速度控制在3～11mm s-1。
*武汉市晨光科技基金及华中理工大学国家模具重点实验室开放基金资助项目。
收稿日期∶1996—05—06;收到修改稿日期∶1996—07—092.2 熔覆材料金属陶瓷中选用Ni 基自熔合金Ni-02作为粘结金属,其成分为(w t-%):C 0.3～0.5;B 2.0～3.0;Si 3.5～5.5;Cr 11～15;Fe 10;其余为Ni 。
硬质陶瓷相为<100 m 的铸造WC 。
基体材料为100×50×5(mm )的正火态A3钢板。
试验过程中,先将镍基自熔合金与一定含量的W C 粉末混合均匀后加入自制的有机粘结剂,调成料浆,预涂覆于A 3钢试样上,覆层厚度为2mm ,采用单道扫描方式进行激光熔覆。
2.3 裂纹显示与评判激光熔覆过程中,将A3钢试样置于一400×200×80(m m)的大型钢块上,并使之接触良好,以提高其散热速度,模仿大型工件的激光熔覆加工,加大裂纹产生几率,方便熔覆开裂性的研究。
采用渗透法检测激光熔覆层裂纹,其原理是利用显像剂对渗透剂的吸附显示裂纹分布。
以单道扫描时单位长度(100m m)上的裂纹数目作为评定熔覆层抗裂性的标准。
熔覆层的显微裂纹则是通过金相检查熔覆层截面裂纹的数目及长度。
3 试验结果及讨论3.1 金属陶瓷激光熔覆层的显微裂纹与自熔合金的激光熔覆涂层类似,金属陶瓷激光熔覆涂层中微裂纹一般起源于熔覆层表面、熔覆层与基材结合界面及涂层中气孔位置。
裂纹一般是沿着粘结金属的枝晶方向扩展,扩展途中如果遇到碳化钨颗粒则穿过它(图1(a)),未发现绕过碳化钨颗粒扩展的裂纹。
最后,裂纹一般中止于粘结金属中。
可见,对于碳化钨金属陶瓷激光熔覆涂层的抗开裂性能而言,碳化钨颗粒本身是一个薄弱环节。
值得注意的是,当碳化钨含量较高(本试验条件下当碳化钨含量达到60w t -%)时,也发现少量裂纹中止于碳化钨颗粒处(图1(b )),其原因将在3.2中讨论。
图1金属陶瓷激光熔覆层中的裂纹形貌(a )穿过碳化钨颗粒(25wt-%WC );(b )终止于碳化钨颗粒(60w t-%WC)F ig.1Cra cking s in the laser cladding ceram ic-metal composite coating(a )Cross W C p articles (25w t-%W C)(312×);(b )S top at WC particles (60wt-%WC )(1200×)3.2 WC 含量及激光工艺对金属陶瓷激光熔覆层开裂性的影响图2给出了不同WC 含量下熔覆层裂纹率随扫描速度的变化规律。
结果表明,不同碳化钨含量下,熔覆层的宏观裂纹数目随激光扫描速度的变化规律不同:当碳化钨含量低于45w t-%时,宏观裂纹数目随扫描速度的升高而增加;当碳化钨含量为50w t-%时,激光扫描速度对熔5716期吴新伟等:镍基碳化钨金属陶瓷激光熔覆层开裂性的研究图2激光扫描速度对熔覆层裂纹率的影响Fig.2E ffect of las er traveling s peed onthe cracking num bers of coatings覆宏观裂纹数目几乎没有影响;当碳化钨含量达到60w t-%时,熔覆层宏观裂纹数目随激光扫描速度的增加而减少。
由图2还可以看出,当碳化钨含量低于50wt-%时,随着碳化钨含量的增加,熔覆层裂纹数目增加。
但碳化钨含量继续增加,熔覆层裂纹数目反而减少。
这是由激光熔覆层中粘结金属韧性和涂层内残余应力大小及分布以及激光熔池中的对流大小所共同决定的。
3.2.1 粘结金属韧性Ni 基WC 复合粉末的激光熔覆加工过程中,由于WC(包括W 2C)与粘结金属的交互作用,在粘结金属中形成了M 23C 6等金属间化合物。
这些碳化物的存在,一方面提高了粘结金属硬度及其与未熔碳化物的结合强度[3];另一方面也使粘结金属韧性有所降低,从而降低了其承受残余拉应力的能力。
其它条件相同时,随着激光扫描速度的增加,覆层受热减小,从而使碳化钨的溶解量减小,提高了粘结金属的韧性。
同样,随着复合粉末中碳化钨含量的增加,粘结金属韧性降低,其承受残余拉应力的能力相应降低。
3.2.2 残余应力大小及分布由于金属陶瓷复合层与基体材料间热物理性能的差异,在激光加热及冷却过程中,不可避免地要产生较大的残余应力。
M cdonald 等人[4]采用下列公式计算由热膨胀系数和温度梯度的图3镍基自熔合金激光熔覆层中的残余应力场[5]Fig.3T he residu al s tress es field of a Nick elbase coating [5]不同而产生的残余应力( T )大小: T = TE /(1- )胀系数差;E , 为金属陶瓷复合材料的弹性模量和泊松比。
由(1)式可知,残余应力大小和涂层与基体间热膨胀系数差以及温度梯度大小成正比。
由于镍基自熔合金的膨胀系数较基体材料大得多(表1),因此对于自熔合金的激光熔覆而言,涂层中将存在较大的残余拉应力(图3)。
同时,随着激光扫描速度的增加,熔覆层中温度梯度增加,必然导致其残余应力增加。
因此,随着扫描速度的增加,其裂纹率大大增加。
表1基体和涂层材料的物理性能[6～9]Table 1Physical property of substrate and coatings material [6～9](g /cm 3) (×10-6K -1)E (GP a ) A 3 7.8 11.7～13.9200～2200.25～0.33W C +W 2C16.5 6.5～7.4650～7100.19～0.21N i -028.013.4～16.8200～2400.35～0.42572中 国 激 光24卷 而对于镍基碳化钨金属陶瓷复合粉末而言,其膨胀系数可根据K emer 经验方程求得,即r =(4G r /K r +3) i V i /(4G r /K i +3)[10](2)其中K r ,G r 由混合定律计算:K r = K i V i [11](3)G r = G i V i [11](4)G i =E i /2(1+i )(5) i 为材料中i 组元的热膨胀系数;V i 为材料中i 组元的体积分数;G i 为材料中i 组元的剪切弹性模量;E i 为材料中i 组元的杨氏弹性模量; i 为材料中i 组元的泊松比;K i 为材料中i 组元的体积模量,K i =E i /3(1- i )。
由于碳化钨的热膨胀系数和泊松比都很小,同时杨氏弹性模量又大,因此,随着复合粉末中碳化钨含量的增加,熔覆层膨胀系数降低。
计算结果表明,当碳化钨含量达到V .20(即35w t-%)时,熔覆层的热膨胀系数和基体材料相当,据(1)式可知,此时熔覆层宏观热应力为零。
碳化钨含量继续增加时,熔覆层甚至会出现宏观压应力(由于碳化钨与镍基自熔合金间膨胀系数的差异,熔覆层粘结金属中仍存在残余拉应力)。
在不同的碳化钨含量下,残余应力与粘结金属韧性对熔覆层抗裂性能的影响程度是不同的:当碳化钨含量较低(<45w t-%)时,由于整个熔覆层残余应力较大,因此残余应力的作用将占主导地位,随着激光扫描速度的增加,熔覆层裂纹率增加。
当然,粘结金属韧性也有影响,由图2可以看出,随着碳化钨含量的增加,熔覆层裂纹率随扫描速度的增加而增加的速率减小。
当碳化钨含量增加到50w t-%时,随着激光扫描速度的改变,残余应力与粘结金属韧性对熔覆层裂纹率的影响将基本趋于平衡,熔覆层裂纹率基本不再发生变化。
当碳化钨含量达到60w t -%时,由于熔覆层中宏观残余压应力较大,因此粘结金属中的微观残余拉应力相应较小,加之碳化钨在粘结金属中溶解较多,此时粘结金属韧性的影响将占据主要地位。
随着激光扫描速度的增加,熔覆层裂纹率减小。
3.2.3 激光熔池中的对流由于具有高斯分布的激光束中心温度比边缘温度高得多,因此激光熔覆过程中在熔池中将形成由中心到边缘的正的表面能梯度变化,从而在熔池中形成对流。
通常激光能量密度越高,对流越强烈。
熔池中的对流一方面能促进各种合金元素及硬质相(如碳化钨)在熔池中的均匀分布,但另一方面,如果对流过于强烈则会形成垂直于表面的裂纹并增加熔覆层的不平整度[3]。
试验表明[12],镍基碳化钨金属陶瓷激光熔覆过程中在碳化钨和镍基自熔合金之间将发生放热反应:WC(W 2C)+r 高温M 23C 6+r ′(6)WC(W 2C)+r 高温M 23C 6+r ″(7) 上述反应放热量大小取决于铸造碳化钨的总量(碳化钨边界量)和(r-Ni)中固熔的金属原子多少。
