史強 許寅明 候博玲
摘? ?要:使用YLS-6000-BR用于釬焊的三光點光纖激光器對合金42CrMo表面的Ni基WC涂層進行測驗,判斷激光功率對于合金42CrMo表面的Ni基WC涂層性能、組織結(jié)構(gòu)影響。伴隨YLS-6000-BR設(shè)備運作功率的增加,合金42CrMo表面的Ni基WC涂層組織表現(xiàn)出粗化發(fā)展趨勢,在功率持續(xù)增加的過程中,Ni基WC涂層的顆粒發(fā)生分解,出現(xiàn)Fe-C化合物,Ni基WC涂層的硬度也持續(xù)減小,YLS-6000-BR激光功率調(diào)整至1800W,涂層硬度最大值為1050HV,而伴隨功率增加,其硬度逐漸衰減,表示Ni基WC涂層雖然能夠顯著增加合金材料的物理性能,但是激光對于Ni基WC涂層性能、組織有影響,實際造成損傷和功率大小有關(guān)。
關(guān)鍵詞:Ni基WC涂層? 激光測試? 物理性能
中圖分類號:TG456.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:1674-098X(2020)03(a)-0101-02
WC涂層以高硬度、高穩(wěn)定性、高耐熱性等優(yōu)勢,得到廣泛應(yīng)用,國內(nèi)外常將WC涂層用于CO基合金或者Ni基合金中,以達到提高材料物理性能的效果。Ni基WC涂層粉末是用WC顆粒包裹制備而成的材料,Ni基和WC顆??善鸬较嗷ケWo、相互促進的作用,如此就能夠進一步提高WC顆粒的穩(wěn)定性,并保證涂層表面有較高的一致性。激光本身是能量極為集中的物理狀態(tài),通過激光照射合金基材,能夠促使合金基材熔化,對于各種基材、涂層的物理穩(wěn)定性有著極為突出的影響。但當前國內(nèi)還少有通過激光來測試Ni基WC涂層物理性能的權(quán)威文獻,本文立足于該空白,探究功率對激光熔覆Ni基WC涂層組織與硬度的影響。
1? 試驗材料以及方法
本次研究所用材料為42CrMo合金材料結(jié)構(gòu)鋼,該結(jié)構(gòu)鋼的成分為“C:0.39-0.44;SI:0.18-3.36;Mn:0.6-0.7;Cr:1.0-1.1;Mo:0.16-0.24;Ni<0.04;Cu<0.04;P<0.036;S<0.036(均為比例)”。42CrMo合金材料結(jié)構(gòu)鋼常用于加工制作變速箱齒輪、增壓器傳動結(jié)構(gòu)、連桿結(jié)構(gòu)等,因此對于其耐磨性的要求較高。試驗中所用42CrMo合金材料結(jié)構(gòu)鋼,尺寸為200mm×60mm×8mm,在測試前,去除結(jié)構(gòu)鋼表面存在的灰塵、鐵銹、油污等,用800目砂紙進行初步處理,然后用丙酮進行清洗,最后讓其放置在無塵室中自然干燥,保證結(jié)構(gòu)鋼的表面滿足激光測試要求。結(jié)構(gòu)鋼表面熔覆粉末為Ni基WC粉末,顆粒直徑在100目左右,粉末成分為“NI:0.59;Cr0.12;B:0.04;Si:0.03;Co:0.05;WC:0.05(均為比例)”。
試驗采用YLS-6000-BR用于釬焊的三光點光纖激光器,在確保基材性狀良好涂層和基層適應(yīng)良好的情況下,開始測驗。YLS-6000-BR激光功率測試為1800W、2400W、3000W、3200W,試驗樣品用硝基鹽酸腐蝕10s然后利用金相顯微鏡檢查樣品表面的微觀結(jié)構(gòu),并用X射線對其進行物理性狀分析,硬度測試主要采用HV-1000A硬度計檢查,檢查取多個點,最終結(jié)果為多點檢查平均值。磨損檢查主要采用“Disc pin type friction and wear tester”,設(shè)備轉(zhuǎn)速為每分鐘840轉(zhuǎn),載荷設(shè)置為430g,摩擦半徑為2mm,摩擦?xí)r間為30min,測量采用FA2004電子天平。
2? 試驗結(jié)果
2.1 微觀組織
1800W、2400W、3000W、3200W條件下,樣品微觀組織發(fā)生明顯變化,在1800W條件下,樣品表面微觀組織為“細小樹枝晶”,樹枝的發(fā)展方向不連續(xù)、無規(guī)律;在2400W條件下,樣品表面微觀組織為“胞狀樹枝晶”;在3000W條件下,樣品表面的二次晶越發(fā)粗化;在3200W條件下,樣品表面結(jié)晶急速粗化,且有著明顯的粗大結(jié)晶,均垂直在界面方向。由此可見,伴隨激光功率的增加,Ni基WC涂層熔池獲得的能量也就越多,且存在晶核合一、數(shù)目急速減少的情況。
2.2 Ni基WC涂層成分
Ni基WC涂層伴隨激光功率的增加,WC顆粒逐步開始分解,而在功率達到3200W時,熔池內(nèi)的能量更加充沛,促進了Fe和Ni的擴散,形成大量Ni3Fe。
2.3 硬度
在不同1800W、2400W、3000W、3200W條件下,熔覆層強化顆粒導(dǎo)致熔覆層的硬度大于基材的硬度,在1800W條件下,顯微鏡測試其硬度最大可達1050HV,伴隨著硬度進一步增加,硬度逐漸衰弱。該現(xiàn)象和表面微觀結(jié)構(gòu)粗化有直接關(guān)系,在激光功率增加到一定程度時,WC顆粒出現(xiàn)激素分解的情況,以致于Ni基WC涂層的WC顆粒含量減少(主要和Fe發(fā)生反應(yīng)形成其他元素),Ni基WC涂層原有結(jié)構(gòu)被破壞。
2.4 磨損性能
在磨損性能測試的過程中,涂層的平均摩擦因數(shù)為0.596,在WC顆粒的強化作用下,在Ni基WC涂層的影響下,減小了熔覆層表面摩擦力,以致于摩擦力矩減小,摩擦性能因此提高。
3? 討論
激光對于Ni基WC涂層物理性能、組織均有著較為突出的影響,選擇合理的激光功率,能夠獲得不同條件下Ni基WC涂層的物理性狀變化結(jié)果,在本次研究中,伴隨激光功率上升,Ni基WC涂層的硬度等參數(shù)也發(fā)生了較大變化。Ni基WC涂層的使用的確能夠大幅度提高基材的表面硬度性能、抗摩擦性能,在1800W激光功率影響下,Ni基WC涂層仍舊能夠保持良好硬度,高功率的激光才能夠促使Ni基WC涂層中WC顆粒和Fe發(fā)生反應(yīng),以致于原有結(jié)構(gòu)被破壞。從Ni基WC涂層受激光影響的粗化反應(yīng)看,激光導(dǎo)致Ni基WC涂層粗化,會直接致使涂層在摩擦條件下受到的磨損加劇,以致于其抗摩擦性能下降,但是也可考慮:在磨損條件下,同時受激光影響,粗化表面或會導(dǎo)致涂層磨損脫落量增加,所以激光功率對于基材的抗磨損性能影響并不顯著。
4? 結(jié)語
綜上所述,Ni基WC涂層是性能較為良好的涂層,能夠適應(yīng)多種環(huán)境下的工作需求,在激光測試條件下仍舊表現(xiàn)出良好性能,盡管Ni基WC涂層在高功率激光影響下,抗磨損性能、硬度性能逐步下降,但是Ni基WC涂層實際受到激光影響的機理還有待商榷,望廣大研究人員能夠從磨損、粗化相互作用的角度對Ni基WC涂層性能進一步進行研究,以為Ni基WC涂層在我國工業(yè)生產(chǎn)、制造中的應(yīng)用提供可靠的參考借鑒。
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