车轮材料激光熔覆涂层微观组织与磨损性能研究

• 作 者: 慕鑫鹏
• 出 处: 西南交通大学
• 发表日期: 2021年07期
• 关键词: 车轮材料 激光熔覆 微观组织 损伤 裂纹

激光熔覆技术作为一种新型表面处理技术,其熔覆材料对熔覆涂层性能具有关键影响。Fe基合金粉末作为应用最广泛的激光熔覆材料,通过对车轮材料表面进行激光熔覆处理,开展激光熔覆Fe基合金涂层性能优化研究,有利于延长铁路车轮的服役寿命,实现损伤车轮的修复再制造。论文首先对车轮材料进行激光熔覆处理,研究了Co基与Fe基合金涂层的微观组织、表面硬度和应力状态,通过滚动磨损试验研究了两种涂层材料的摩擦磨损性能。通过向Fe基合金粉末中加入不同比例WS₂、CaF₂和h-BN、CaF₂等,在车轮材料上制备不同激光熔覆涂层,分析了涂层的微观组织、表面硬度和应力状态,通过滚动/滑动磨损试验研究了WS₂/CaF₂/Fe涂层和h-BN/CaF₂/Fe涂层的磨损性能。论文研究的主要结论如下:（1）激光熔覆Fe基合金涂层主要由（Fe,Ni）固溶体和Cr₇C₃相组成,晶粒粗大;激光熔覆Co基合金涂层主要由γ-Co相和Cr₂₃C₆相组成。激光熔覆处理后,试样沿滚动方向的残余应力为压应力,其中Co基涂层的残余压应力明显大于Fe基涂层。（2）激光熔覆处理后车轮试样磨损率明显降低,Co基涂层损伤最轻微,磨痕表面光滑,出现轻微剥落;Fe基涂层表面出现细小裂纹和犁沟,耐磨性能较差。（3）WS₂/CaF₂/Fe激光熔覆涂层组织由（Fe,Ni）、Cr₇C₃和Cr S组成;h-BN/CaF₂/Fe涂层组织由（Fe,Ni）、Cr₇C₃组成。当Fe基粉末、h-BN与CaF₂的质量比为98:1:1时,涂层组织的晶粒更细小。WS₂/CaF₂/Fe熔覆涂层残余压应力随WS₂含量增加而增加,h-BN/CaF₂/Fe熔覆涂层的残余压应力比Fe基合金涂层略高,当Fe基粉末、h-BN与CaF₂的质量比为98:1:1时,熔覆涂层的残余压应力最大。（4）随WS₂含量增加,WS₂/CaF₂/Fe熔覆涂层的摩擦系数降低,磨损率先降低后升高,当WS₂为6%时,涂层耐磨性能最佳。h-BN/CaF₂的加入对降低h-BN/CaF₂/Fe熔覆涂层的摩擦系数具有积极作用,当Fe基粉末、h-BN与CaF₂质量比为98:1:1时,激光熔覆车轮试样摩擦系数最低,减磨效果最佳。