3Cr13不銹鋼材料以其獨特的耐蝕性和一定的硬度值,在刀具領域具有廣泛應用,但成分設計的天然性不足限定了其在高端刀具的延伸應用,難以滿足人們對于刀具的高端使用要求。利用激光熔覆技術在其表面制備高硬度、耐磨損、抗腐蝕氧化且結合強度高的合金涂層,可以有效地解決這種問題的困擾。其中,熔覆粉末材料的選擇舉足輕重。本文依據(jù)現(xiàn)有粉末體系設計理念,綜合考慮涂層高硬度值與耐蝕性匹配的問題,提出可溶性第二相粉末強化涂層的Fe-Cr-C系合金粉末材料理念,根據(jù)大量工藝試驗及正交優(yōu)化試驗得到的工藝參數(shù)制備合金涂層,系統(tǒng)的對合金涂層的組織和性能展開研究,并通過熱處理以及加入稀土氧化物對熔覆層進行改性,以期改善熔覆層組織,得到高硬度和良好耐蝕性相結合等綜合性能優(yōu)異的熔覆涂層。通過研究分析得到以下結論:1.采用激光同步送粉熔覆技術在3Cr13表面制備出Fe-Cr-C系合金涂層,對熔覆層組織、界面強度、硬度、抗腐蝕等性能進行分析,結果表明:對應載荷為5.1580 kN時試樣斷裂而未出現(xiàn)熔覆層脫落現(xiàn)象,證明熔覆層與基體材料達到優(yōu)異的冶金結合效果。熔覆層組織致密,氣孔、夾渣等缺陷含量顯著降低,熔覆層組織為晶內馬氏體+殘... 

【文章來源】：蘭州理工大學甘肅省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【圖文】：

熔覆材料添加的兩種類型(a)粉末粘結預置式(b)同步送粉式兩種送粉方式相比，同步送粉法具有更多的優(yōu)點，自動化程度高，可根據(jù)實

ρs(%XS%Xp+s) ρp(%Xp+S%Xp)釋率，ρp為合金粉末材料密度，ρs為母材密質量分數(shù)，%Xs為元素 X 在基體材料中的占的比重。對簡單的測算方法，如圖 1.2 所示，其計算η =S1S1S2 100% 層稀釋率，S1為熔覆層橫截面面積，mm2；區(qū)域母材寬度存在比例關系，對上式進行對η =H1H1H2 100% 層高度，mm；H2為搭接區(qū)基體熔深，mm

刀具使用壽命提高 10 倍以上，顛覆了傳統(tǒng)刀具行業(yè)理念。圖 1.3 中國激光產業(yè)鏈拓撲圖1.3 激光熔覆技術目前存在的問題激光熔覆技術是一種有效開拓延伸傳統(tǒng)材料應用領域的技術手段，具有廣闊的應用前景，它涉及材料科學、光學工程、控制工程和凝聚態(tài)物理多學科領域，是激光先進制造技術發(fā)展的壓艙石[1]。但由于其相對短暫的開發(fā)與研究周期，理論框架體系研究處于相對薄弱階段，限制著熔覆技術的快速推廣與發(fā)展，亟須相應的理論框架來指導對應的研究工作。以下幾個方面是目前存在的問題。(1) 理論基礎不完善。應該從動力學、物理學、結晶學和相變學等學科背景著手，系統(tǒng)研究激光快速極冷極熱的熔融凝固行為，揭示材料顯微組織的形核、演變及界面推移的規(guī)律，以及冷凝過程中溶質元素的非平衡分配規(guī)律，熔池對流現(xiàn)象及搭接區(qū)結合線穩(wěn)定性的問題等，進一步完善和推動快速熔融凝固理論、物相轉變理論和冶金結合界面理論等相關理論框架建設。(2) 熔覆層質量問題。(a) 涂層宏觀開裂和內置微裂紋是影響激光熔覆技術投向市場的重要阻礙。一方面激光熔覆工藝本身快速加溫、極速冷卻的特性，再包括涂層材料與母材在熱膨脹系數(shù)、熔點、彈性模量等方面的區(qū)別，在兩塊不同材料間存在不同的應力，作用在熔覆層上的表現(xiàn)形式是拉應力，激光熔覆過程中相變應力、熱應力和拘束應力的綜合作用是產生這種殘余應力的主要原因。熔覆層中的孔洞、硬質相、夾雜物棱角、薄弱晶界等處是產生應力集中的易發(fā)區(qū)域，致使應力在此產生微觀裂紋、宏觀裂紋等。(b) 剝落問題也會因兩種材料的不匹配而存在，導致熔覆層質量不合格。主要是由于結合界面處存在孔隙、孔洞、夾雜等缺陷，以及冶金結合效果不足，在高載荷作用下發(fā)生疲勞破壞而脫落。(c) 氣孔

【參考文獻】：
期刊論文
[1]3Cr14不銹鋼表面激光熔覆S390粉末高速鋼涂層的組織及回火轉變特征[J]. 郭鐵明,蒲亞博,李強,張瑞華,栗子林.  蘭州理工大學學報. 2018(06)
[2]超聲振動及熱處理對激光直接成形IN718高溫合金組織及性能的影響[J]. 王潭,張安峰,梁少端,張驍,嚴深平,張連重,李滌塵.  稀有金屬材料與工程. 2018(11)
[3]焊后熱處理對309L熔敷金屬性能的影響[J]. 汪麗麗,王培培,楊巨文.  發(fā)電設備. 2018(05)
[4]激光表面處理技術在重工業(yè)領域的研究和應用進展[J]. 覃敏.  裝備制造技術. 2017(12)
[5]鎢極氬弧焊熔池動態(tài)行為和焊工調控特征信息檢測與分析[J]. 樊丁,頓小春,張剛,石玗.  機械工程學報. 2018(02)
[6]焊縫金屬解理斷裂微觀機理[J]. 陳劍虹,曹睿.  金屬學報. 2017(11)
[7]氣氛保護對灰鑄鐵激光重熔區(qū)氣孔的影響[J]. 張坤,劉克元,葉正挺,趙海興,楊高林,崔金鵬,胡勇,姚建華.  中國激光. 2018(01)
[8]三種常用不銹鋼的耐局部腐蝕性能[J]. 孫京麗,鄒丹,金晶,李莉,劉海英.  材料研究學報. 2017(09)
[9]藥芯焊絲中B元素對鐵基堆焊金屬性能的影響[J]. 賈華,劉政軍,勾健.  熱加工工藝. 2017(17)
[10]增材制造用金屬粉末材料及其制備技術[J]. 張飛,高正江,馬騰,張鵬,李文英,陳欣.  工業(yè)技術創(chuàng)新. 2017(04)

碩士論文
[1]3Cr14不銹鋼表面激光熔覆0.3C-18Cr合金涂層性能優(yōu)化研究[D]. 蒲亞博.蘭州理工大學 2018
[2]熱處理時長和溫度對激光熔覆鈦基復合涂層組織和力學性能的影響[D]. 翟永杰.蘇州大學 2017
[3]高錳鋼表面等離子熔覆Fe-Cr-Ni合金涂層的組織與性能研究[D]. 楊宏歡.廣東工業(yè)大學 2016
[4]316L不銹鋼激光熔覆組織凝固機理及熱處理研究[D]. 葛旭東.燕山大學 2016
[5]不銹鋼刀具激光熔覆層制備及性能分析[D]. 許廣偉.蘭州理工大學 2016
[6]激光熔覆硅化物三元合金涂層的組織與性能研究[D]. 盧云龍.上海工程技術大學 2015
[7]Cr、C對高鉻鑄鐵等離子熔覆層及其微觀組織的影響[D]. 宋慶雷.中國礦業(yè)大學 2014
[8]激光熔覆制備高速鋼涂層的工藝優(yōu)化與組織性能研究[D]. 王正一.東北大學 2011
[9]高性能激光成型專用鐵基合金的研制[D]. 高莉莉.山東大學 2009



本文編號：3095700