【摘 要】
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传统金属材料制造的零件因磨损失效缩短了服役寿命,通过激光熔覆技术,在金属材料表面制备金属间化合物耐磨涂层,是一种前景广阔的处理方法。本文采用超声振动辅助激光熔覆技
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传统金属材料制造的零件因磨损失效缩短了服役寿命,通过激光熔覆技术,在金属材料表面制备金属间化合物耐磨涂层,是一种前景广阔的处理方法。本文采用超声振动辅助激光熔覆技术制备复合涂层,探讨了超声振动对涂层的作用机制,具有重要的理论意义。本文结合Fe-Al-C-Ti熔体的物性参数,分别对超声振动在熔体中的空化效应和声流效应进行计算,分析了超声振动在熔体中的谐振效应。结果表明:熔体中声压越大空化效应越显著;空化效应的产生,取决于微小气泡的半径和所受到声压幅值的大小;空化泡破裂时,数量级为105Pa级别的声压幅值能够产生104℃的高温和1010Pa的高压。实验中声流产生的声压最大可达107Pa,且当水平距离和法向距离增大时,声压减小;振幅为10μm的变幅杆能够产生1.5m/s2的声流等效力。采用超声振动辅助激光熔覆技术在45钢表面制备出TiC/FeAl原位涂层。利用金相显微镜、XRD衍射仪、扫描电镜对熔覆层的显微组织和物相成分进行研究,应用摩擦磨损试验机和显微硬度计对熔覆层的摩擦系数和耐磨性能进行研究。结果表明:超声振动辅助激光熔覆能够制备TiC增强FeAl基涂层,超声振动的空化效应能够促进熔覆层中原位反应的进行。施加超声振动后,熔覆层的稀释率变大,晶粒显著细化;超声振动能够促使熔覆层中TiC增强相由团聚状态转变为均匀分布。激光功率2000W、扫描速度240mm/min、光斑直径3.5mm、超声频率20.0kHz时制备出的熔覆层晶粒最小。采用40%搭接率制备出熔覆层的综合表现最佳,晶粒细小且TiC增强相分布均匀,无气孔和裂纹。施加超声振动后熔覆层的耐磨性提高2倍,摩擦系数降低73%;施加超声振动后熔覆层的耐磨性随着激光功率和谐振频率的增加先增大后减小,平均摩擦系数随着谐振频率的增加先减小后增大;施加超声振动后熔覆层磨损机制由黏着磨损转变为黏着磨损和磨粒磨损;施加超声振动后熔覆层的显微硬度提高39%。
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