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激光熔覆涂层摩擦磨损性能的研究进展

时间:2020-02-19 15:49:33  来源:  作者:

 为了减小磨损造成的损失,国内外针对提高金属材料表面耐磨性,有多种多样的方法: 例如在普通材料制成的零件表面或磨损不严重的零件表面,利用表面堆焊技术或激光涂敷技术形成功能性表面,提高零件的耐磨性,可以使磨损的零件达到循环利用,既减少了经济损失,又减少了能源消耗。利用激光处理技术使材料的内部结构发生变化,其耐磨性能也能明显提高。除此之外,一些学者从仿生学的角度,通过结构仿生或利用非光滑表面减阻耐磨的特性,研制出了仿生机械,有效改善了磨损量大的问题。激光熔覆与其他表面处理技术相比具有独特的优势,可以在廉价的基材上形成耐磨、耐热、耐腐蚀的合金层,同时能够有效改善基材的耐磨性能。在普通基材或磨损不严重的基材表面利用激光熔覆技术可以对受损表面进行修复,使零件循环利用,大幅减小经济损失。如利用激光熔覆技术可以在优质碳素结构钢10钢表面形成具有良好耐磨性能的TiB2陶瓷涂层。试验研究发现,应用连续CO2激光在不锈钢表面制得的由WCTiNTiB2微粒组成的涂层具有很好的耐磨、耐腐蚀、耐热的效果。激光熔覆是在金属基材表面利用激光束,将一定配比的金属合金粉末、陶瓷粉末等熔覆材料融化制备成金属合金为主体的熔覆涂层的一种表面处理技术。激光熔覆加工时,由于激光近乎绝热的快速加热过程,对基体的热影响较小,引起的热变形小,同时,激光熔覆技术适用范围广,理论上可以将任何金属或金属陶瓷复合材料熔覆到任何合金上,有效地提高了材料的耐磨性能,因而激光熔覆涂层以其优异的耐磨、耐腐蚀性能,近年来引起了广泛关注。激光熔覆涂层的制备常以自熔性合金粉末、陶瓷粉末、稀土元素作为熔覆材料。合金材料因其自身良好的力学性能,被国内外学者广泛应用于激光熔覆技术,通过添加Co基、Fe基、Ni基等自熔性合金粉末,利用激光熔覆可制备出金属合金复合涂层,该复合涂层具有合金粉末良好的力学性能,可有效提高材料表面的耐磨性能。自熔性合金粉末制备熔覆涂层有效提高了金属材料耐磨性能。其中Ni基合金粉末被广泛应用研究,主要由于其较好的耐磨性以及价格适中。Co基自熔合金粉末不仅具有良好的耐磨性能,而且具有良好的抗高温氧化性能,能够在高温恶劣环境中应用,但其成本较高,在一定程度上限制了其发展与应用。Fe自熔性合金粉末虽然价格较为低廉,但对于耐磨性能的提高存在着一定的限制,因此在实际应用中应合理选择相应自熔性合金粉末,以满足工艺要求。陶瓷硬质相主要为金属碳化物、金属氮化物和金属氧化物及非金属类硼化物和硅化物等,此类陶瓷粉末材料具有熔点高、硬度高的特点。利用激光熔覆技术,在低性能基体表面制备陶瓷相增强金属基复合涂层,不仅具备金属相材料的强度和韧性,还能利用陶瓷相材料的高硬度提高耐磨损性能,具有非常巨大的潜在应用经济价值,是目前激光熔覆技术领域研究及发展的重点和热点,深受众多国内外学者的关注。近年来,利用激光熔覆技术在材料表面制备金属合金复合涂层与金属陶瓷复合涂层的相关研究较多,除此之外,一些研究者采用稀土元素进行激光熔覆的研究证明,加入适量的稀土元素对金属表面性能的提高是多方面的,并且效果十分显著,稀土元素作为熔覆材料与金属粉末混合制备出熔覆涂层或直接添加至金属基熔覆涂层,对提高熔覆涂层的耐磨性能有着一定的效果。其他合金粉末与陶瓷粉末2种熔覆材料复合涂层相比,对于耐磨性的提高较小,且稀土元素的添加量是熔覆层性能提高的关键,不同含量的稀土元素对熔覆层的性能有着不同的影响,因此应选择合理的稀土元素添加量,以保证熔覆层耐磨性的有效提高。


 

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