【摘要】：A100(AerMet100)超高強(qiáng)度鋼是卡彭特公司(Carpenter公司)在上世紀(jì)80年代根據(jù)美國海軍F/A 18E/F型戰(zhàn)斗機(jī)起落架用料需求研發(fā)的。隨著航空航天事業(yè)的發(fā)展,A100被廣泛用于艦載機(jī)起落架等主要承力結(jié)構(gòu)件。然而,由于起落架苛刻的服役環(huán)境,作為其用料的A100必須具有更強(qiáng)的耐磨耐蝕性。為此,本文將采用半導(dǎo)體激光對A100進(jìn)行表面改性處理。本文采用DISTA-3000型半導(dǎo)體激光器對A100鋼進(jìn)行激光熔凝與激光熔覆處理,其中激光熔覆采用Ni-1#、Ni-2#、Fe-3#三種合金粉末。在大量工藝實(shí)驗的基礎(chǔ)上,選取合適的激光工藝參數(shù)在A100表面獲得宏觀狀態(tài)良好的表面改性層。利用掃描電子顯微鏡(SEM)與X射線衍射儀(XRD)分別對所獲得表面層進(jìn)行組織形貌及物相分析,利用電化學(xué)工作站、高溫高速摩擦磨損試驗機(jī)、顯微硬度計對熔凝層與合金涂層進(jìn)行耐蝕性、耐磨性及顯微硬度分析。結(jié)果表明:兩種激光表面改性方法均能獲得宏觀狀態(tài)好,組織均勻,無氣孔、裂紋等缺陷的高性能表面層,其中激光熔覆所得Ni-1#、Ni-2#、Fe-3#三種合金涂層與基體均呈良好的冶金結(jié)合。激光熔凝后A100鋼未產(chǎn)生物相變化,仍主要包含馬氏體(M)和奧氏體(A)兩種物相。在一定功率范圍內(nèi),激光熔凝層的耐蝕性、耐磨性與顯微硬度均隨激光功率的升高而增強(qiáng)。激光熔覆Ni-1#合金涂層主要包含Cr23C6、Cr7C3及Ni2Si等物相;Ni-2#合金涂層主要包含F(xiàn)eNi3、Cr15.58Fe7.42C6及BNi3等物相;Fe-3#合金涂層主要包含NiCrFe、Cr及CFe15.1等物相。在相同實(shí)驗條件下,三種涂層的腐蝕電位均高于A100鋼,腐蝕電流密度均低于A100鋼;磨損失重與磨痕深度均低于A100鋼。三種合金涂層中,顯微硬度高低順序為:Ni-1#Fe-3#Ni-2#;耐磨耐蝕能力強(qiáng)弱順序為:Ni-1#Ni-2#Fe-3#。Ni-1#合金熔覆層具有最優(yōu)的綜合性能。
【圖文】：

第 1 章 緒論和氯離子對 A100 高強(qiáng)鋼電化學(xué)行為的影響進(jìn)行了研究。孫敏等[27]研究了 A100 鋼鹽霧腐蝕實(shí)驗后的電化學(xué)行為，并得出結(jié)論：A100 的耐蝕性和腐蝕產(chǎn)物的保護(hù)性能優(yōu)于 300M。王華明[28-30]等采用激光熔化沉積技術(shù)制備了 A100 超高強(qiáng)度鋼厚板試樣，，圖 1-1 所示為激光熔化沉積 A100 鋼試樣縱向和橫向顯微組織照片。激光熔化沉積工藝參數(shù)如下：激光束功率為 2000～4000W，光斑直徑為 2.5mm，光束掃描速度為 500～800mm/min，單層沉積生長高度約 0.3mm。該技術(shù)制得的 A100 鋼具有細(xì)小均勻的快速凝固樹枝晶組織，其電化學(xué)耐蝕性略低于鍛件，而經(jīng)熱處理后耐蝕性優(yōu)于鍛件；高溫組織穩(wěn)定性異常優(yōu)異，其快速凝固組織特征可以一直保持到 1100℃以上。該技術(shù)有效解決了航空航天領(lǐng)域復(fù)雜零部件難加工的問題。

圖 1-2 激光相變硬化層的硬度分布[35]圖 1-3 激光相變硬化后的 XRD 圖[35]Fig.1-2 Hardness distribution in laser hardened layers Fig.1-3 XRD patterns of the laser hardened layer1.3 激光表面處理技術(shù)目前存在的材料表面處理方法多種多樣，傳統(tǒng)方法有表面滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲金屬、熱噴涂及表面電鍍等。激光表面改性是繼傳統(tǒng)表面處理方法之后出現(xiàn)的一種新的表面處理技術(shù)，于 20 世紀(jì) 60 年代逐漸進(jìn)入人們的視野，但是直到 20 世紀(jì) 70 年代初隨著大功率激光器出現(xiàn)才逐漸獲得實(shí)際的應(yīng)用。近幾年來，隨著中國制造 2025 和德國工業(yè) 4.0 的提出，激光表面處理技術(shù)也獲得了更加廣泛的應(yīng)用[36-40]。激光表面處理技術(shù)主要包括激光淬火(激光相變硬化)、激光退火、激光熔化凝固硬化（激光晶粒細(xì)化硬化）、激光熔覆、激光合金化、激光氣相沉積、激光沖擊硬化和激光上釉（激光非晶化）等技術(shù)[41-45]。（1）激光淬火 激光淬火即激光相變硬化，主要用于黑色金屬的表面強(qiáng)化，是激光表面處理技術(shù)中研究和應(yīng)用最早的一種方法。它利用能量密度為 103~105W/cm2的激光束迅速（照
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V261.8

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