Verbeter die slytasieweerstand van 42CrMo-staal en verbeter die ernstige slytasieversaking daarvan. Diamant/WC-deeltjie-versterkte kobalt-gebaseerde saamgestelde bekledingslaag is op die oppervlak van 42CrMo-staal voorberei deur sinchroniese poeiervoeding met behulp van laserbekledingstegnologie. Die makroskopiese morfologie en mikrostruktuur, fasesamestelling, mikrohardheid en slytasieweerstand van die bekledingslaag is bestudeer met behulp van SEM, EDS, XRD, mikrohardheidstoetser en multifunksionele omvattende prestasietoetser. Voorbehandeling van diamant met Ti/TiC-poeier kan die ablasie en grafitisering daarvan verbeter; gepaste hoeveelheid ZrH2 verbeter die breedte-tot-dikte-verhouding van die bekledingslaag en bevorder die konveksiemassa-oordrag van die gesmelte swembad. Terselfdertyd verbeter die aktiewe element Zr die benattingseienskappe van diamantdeeltjies en verhoog die houkrag van die binding relatief tot diamant. Die multi-pass oorvleueling oorgang van die bekleding laag is eenvormig, en sy mikrostruktuur is hoofsaaklik saamgestel uit fyn dendriete en digte netwerk karbied eutektika. Die bekledingslaag reageer met die substraat om 'n planêre kristalstruktuur in die bindingsarea te genereer, waardeur die bindingsterkte van die bekledingslaag verbeter word. Die termiese eienskappe van laserbekleding maak dat W2C, ZrC, γ-(Co, Fe), M6W6C, CoZr2, (Ti, Zr)O2, TiCx, Co3Ti en ander fases in die bekledingslaag bestaan. Die fynkorrelversterking en dispersieversterking maak die gemiddelde mikrohardheid van die bekledingslaag (1 002HV0.2) drie keer dié van die substraat. Die gemiddelde slytasie van die bekledingslaag is 1/2 van die gemiddelde slytasie van die substraat, en die gemiddelde wrywingskoëffisiënt van die bekledingslaag is ook aansienlik laer as dié van die substraat, wat aandui dat die slytasieweerstand van die bekledingslaag verbeter word. Sy slytasiemeganisme is hoofsaaklik skuurslytasie. Die diamant in die bekledingslaag word gepassiveer weens die wrywingslading, maar die diamant in die slytmerk is ongeskonde en het nie afgeval nie. Die slytvastheid van die diamant/WC-deeltjie-versterkte kobalt-gebaseerde saamgestelde bekledingslaag is aansienlik verbeter, en dit kan gebruik word vir 42CrMo staal oppervlak versterking.

42CrMo-staal is 'n allooi-struktuurstaal en word algemeen gebruik om belangrike onderdele te vervaardig wat onder hoë vragte werk. 42CrMo-staal word dikwels gebruik as die materiaal vir komponente soos boorpunte, ratte en pikke. Slytasie is die belangrikste mislukkingsmodus van 42CrMo-staal[1], wat die ontwikkeling van hoë-doeltreffendheid en intelligente meganiese toerusting ernstig beperk. Die gebruik van redelike prosesse om die oppervlak van 42CrMo-staal te versterk, kan sy struktuur aansienlik verbeter en sy algehele werkverrigting verbeter. Termiese vlambespuiting, plasmabekleding, oppervlakbedekking, soldeerwerk, laserbekleding en ander tegnologieë kan die slytvastheid van die deklaag effektief verbeter en 'n goeie metallurgiese binding met die substraat vorm[2]. Wanneer termiese spuittegnologie gebruik word om bedekkings voor te berei, is die substraatoppervlakvoorbehandelingsproses omslagtig[3]; wanneer plasmabekledingstegnologie gebruik word om die oppervlak van 42CrMo-staal te versterk, het die hoë-energie plasmastraal 'n groter impak op die substraatstruktuur en werkverrigting en het 'n hoë verdunningstempo[4]; navorsing oor die toepassing van oppervlaktegnologie in 42CrMo-staal toon dat oorverbranding die substraatstruktuur sal verander, wat lei tot lae produksiedoeltreffendheid en swak werksomstandighede, en is nie geskik vir massaproduksie nie[5]. In vergelyking met ander oppervlakversterkingsprosesse, is laserbekledingstegnologie eenvoudig in die substraatbehandelingsproses; die laser produseer 'n klein hitte-geaffekteerde sone en lae verdunningstempo, wat min effek het op die oorspronklike werkverrigting van die 42CrMo-staalsubstraat en die metallurgiese binding tussen die bekledingslaag en die substraat kan verseker [6-8]; dit het hoë produksiedoeltreffendheid en lae koste, en kan outomatiese massaproduksie realiseer, wat 'n effektiewe proses is vir 42CrMo staaloppervlakversterking [9-10].

WC, SiC en ander deeltjie-versterkte saamgestelde materiale het die eienskappe van goeie taaiheid en slagweerstand van metaalmateriale en hoë hardheid en hoë slytasieweerstand van versterkingsmateriale. Hul voorbereidingsproses is volwasse en bevorderlik vir industriële produksie. Wanneer diamant as 'n versterking gebruik word om die oppervlak van 42CrMo-staal te versterk, kan sy slytweerstand aansienlik verbeter word [11]. Diamant word egter maklik geablateer en gegrafitiseer by hoë temperatuur, en sy uiters lae termiese uitsettingskoëffisiënt lei tot lae bindingssterkte met die metaalsubstraat [12]. Daarom word diamantdeeltjies tot 'n sekere mate beperk in die toepassing van metaaloppervlakversterking. Diamant saamgestelde coatings is voorberei deur termiese bespuiting, soldeer en ander tegnologieë. Die raakvlak tussen die metaalmatriks en diamant en die mikrostruktuur van diamantdeeltjies in die deklaag is bestudeer. Die resultate het getoon dat die diamantblootstelling hoog was, en die hoë sweistemperatuur het ernstige ablasie en grafitisering van die diamant veroorsaak [13-14]. Daar was makro krake en baie porieë in die laag. Diamante wat nie voorbehandel is nie, is gebruik om diamant/metaal matriks saamgestelde bekledingslae te verkry deur vooraf poeier voeding in laser bekleding tegnologie te stel. Die slytweerstand van die bekledingslaag is aansienlik verbeter, maar die bindingssterkte tussen diamant en die bindingsfase was laag en die graad van grafitisering was hoog [15-16]. Hoëspoed laserbekleding van FeCoCrNiMo hoë entropie legering/diamant saamgestelde bedekkings is bestudeer, en die uitwerking van verskillende laserbekleding proses parameters op die mikrostruktuur van diamantdeeltjies en die slytweerstand van die bedekking is ontleed. Die resultate het getoon dat toepaslike laserbekledingsprosesparameters diamantdeeltjiesablasie en grafitisering kan verminder, die binding tussen diamant en die bindingsfase kan verbeter, en die slytweerstand van die deklaag kan verbeter [17]. Terselfdertyd, wanneer 'n deklaag voorberei word wat diamantdeeltjies bevat, kan die doping van 'n gepaste hoeveelheid Ti- en Zr-elemente of die voorafbehandeling van die oppervlak van diamant ook die benatbaarheid van diamant verbeter, die mate van grafitisering verminder en sodoende 'n hoogs slytasie verkry. -bestande en korrosiebestande saamgestelde deklaag [18-19].

Op grond van bogenoemde analise het hierdie studie Ti/TiC-poeier gebruik om diamantdeeltjies vooraf te behandel om die ablasie en grafitisering van diamant onder die werking van laser te verbeter. Terselfdertyd is ZrH2 bygevoeg om die vloeibaarheid van die gesmelte swembad te verbeter, die benatbaarheid van diamant te verbeter en sodoende die bindingskrag relatief tot diamant te verbeter. Die laserbekledingstegnologie is gebruik om gelyktydig poeier te voer, prosesparameters te optimaliseer en 'n hoogs slytvaste saamgestelde bekledingslaag voor te berei wat geskik is vir 42CrMo-staal. Die toestand van diamantdeeltjies in die bekledingslaag is verder opgespoor, en die mikrostruktuur en werkverrigting van die bekledingslaag is ontleed. Dit bied 'n sekere verwysing om die slytasieweerstand van 42CrMo-staal effektief te verbeter en die mislukking van 42CrMo-staalonderdele te vertraag.

1 Eksperimenteer

1.1 Materiale en monstervoorbereiding

Die matriksmateriaal is 42CrMo-staal, en die chemiese samestelling daarvan word in Tabel 1 getoon. Die grootte van die matriksmonster is 30 mm×30 mm×8 mm. Na polering word dit ultrasonies skoongemaak met watervrye etanol en gedroog vir gebruik.

Die voorbehandelingsproses van diamant is om die gekonfigureerde materiaalpoeier in die balmeul te laai vir meganiese vermenging. Onder hulle is die geselekteerde materiale A-graad enkelkristal gereelde diamant (gemiddelde deeltjiegrootte 100 μm), TiC-poeier (gemiddelde deeltjiegrootte 0.5 μm) en Ti-poeier (gemiddelde deeltjiegrootte 0.5 μm). Die verhouding is 70% diamant, 20% TiC-poeier en 10% Ti-poeier (massafraksie). Die spoed van die planetêre balmeul is ingestel op 220 r/min. Nadat dit vir 48 uur gemeng is, word dit uitgehaal en in 'n vakuum gestoor om die diamant te beskerm teen beskadiging deur die laserstraal. Die versterkingsfase van die bekledingsmateriaal is blok WC-poeier (gemiddelde deeltjiegrootte 60 µm), diamant en TiC-poeier (gemiddelde deeltjiegrootte 0.5 µm) na TiC/Ti-voorbehandeling; die bindingsfase is suiwer kobaltpoeier (gemiddelde deeltjiegrootte 60 µm); die bygevoegde fase is ZrH2-poeier (gemiddelde deeltjiegrootte 0.5 µm), wat die struktuur en werkverrigting van die bekledingslaag verbeter. Die suiwerheid van elke poeier is bo 99.5%. Volgens die samestellingsverhouding in Tabel 2 word elke bekledingsmateriaal in 'n planetêre balmeul geplaas vir meganiese vermenging. Die balmaaltyd is 1 uur en die spoed is 230 r/min. Na die balmaal word dit uitgehaal en in 'n vakuum gestoor. Die morfologie van die bekledingsmateriaal word in Figuur 1a getoon. Die oppervlak van die diamant na voorbehandeling word verryk met Ti- en Zr-elemente en die platheid word versleg (Figuur 1b), wat die kontakarea tussen die metaalbindingsfase en die diamantoppervlak vergroot, wat aandui dat die kwaliteit van diamantvoorbehandeling hoog is.

2a is 'n skematiese diagram van laserbekleding op die oppervlak van 42CrMo staal. Die eksperiment het 'n 1 kW HWL-RAW1000 laserbekledingstelsel gebruik, met 'n hoë-suiwer argon as die gasbron, en 'n drie-gat koaksiale draer gas poeier voerder om deurlopende en stabiele poeier voeding te verseker. Die laserbekledingsprosesparameters is: laserkrag 700 W, poeiertoevoertempo 21 g/min, skandeerspoed 180 mm/min, draergasvloeitempo 4 L/min, afstand tussen substraat en laserbekledingskop 13 mm, oorvleuelingstempo 30% . Die oorvleuelingsoorgang van veelvuldige bekledingslae wat op die oppervlak van 42CrMo staalmonster voorberei is, is eenvormig. Omdat die digtheid van diamantdeeltjies in die bekledingsmateriaal relatief klein is, word 'n groot aantal diamantdeeltjies aan die oppervlak van die bekledingslaag geheg, soos in Figuur 2b getoon.

1.2 Mikrostruktuur karakterisering en prestasietoetsing

Die metallografiese monsters is voorberei deur die deursnit te ets en te poleer met 10% (volume fraksie) HNO3 alkohol oplossing. Die makroskopiese morfologie en mikrostruktuur van die bekledingslaag is waargeneem met behulp van VEGA 3 SBH SEM, en die verspreiding van weefselelemente is deur EDS opgespoor. Die bekledingslaagfase is ontleed met behulp van TD-3600 XRD, met die skandeerspoed gestel op 2 (°)/min en die diffraksiehoek gestel op 20°~80°. Die HMV-G21ST mikrohardheidstoetser het 'n las van 1.96 N (HV0.2) toegepas en dit vir 15 s onderhou om die Vickers mikrohardheidsverspreiding vanaf die bekledingslaag na die substraat te meet (meer as 3 punte is op verskillende posisies in die horisontale rigting getoets. op elke hoogte en die gemiddelde waarde is geneem). Die wrywing- en slytasietoets is uitgevoer met behulp van 'n CFT-I multifunksionele omvattende werkverrigtingtoetser, met 'n heen-en-weer-slag van 5 mm, 'n heen-en-weer beweging van 1,000 80 keer/min, 'n las van 30 N, 'n tydsduur van 2 min, en 'n maaltyd. balmateriaal van Al3O5 (deursnee 224 mm). Die massa van die monster voor en na slytasie is gemeet met 'n FA0.1C elektroniese analitiese balans met 'n akkuraatheid van ±1000 mg. Die slyttekenprofiel is gemeet deur gebruik te maak van 'n Focus SM-XNUMX konfokale driedimensionele profiel, en die slyttekenmikromorfologie is met 'n skandeerelektronmikroskoop ontleed.

2 Resultate en bespreking

2.1 Makromorfologie van bekledingslaag

Onder die uitgangspunt om ander bekledingsprosesparameters onveranderd te hou, is onderskeidelik 0.5%, 1% en 1.5% ZrH2-poeier by die bekledingsmateriaal gevoeg. Die resultate het getoon dat daar makro krake binne die bekledingslaag was met 'n ZrH2 massafraksie van 0% (Figuur 3a). Met die toename van ZrH2-poeierinhoud het die breedte en dikte (H+h) van die bekledingslaag geleidelik toegeneem, en die breedte-tot-dikteverhouding van die enkeldeurlaatbekledingslaag het 'n opwaartse neiging getoon (Figuur 3b). Daarom het die byvoeging van ZrH2 die konveksie van die gesmelte swembad verbeter, die opwekking van porieë en krake in die bekledingslaag verminder[20], en die gemiddelde mikrohardheid daarvan verbeter. Wanneer die ZrH2-inhoud in groot hoeveelhede bygevoeg word, sal 'n groot aantal insluitings gevorm word, wat maklik mikrokrake by die koppelvlak van die versterkingsfase sal genereer, wat lei tot 'n afname in die hardheid van die bekledingslaag[21]. Die mikrohardheid van die bekledingslaag is 'n belangrike parameter vir die beoordeling van sy slytasieweerstand[22]. Dus, wanneer die ZrH2-toevoegingshoeveelheid 1% is wanneer die diamant/WC-deeltjie-versterkte kobalt-gebaseerde saamgestelde bekledingslaag voorberei word, kan die slytweerstand daarvan verbeter word.

Deur die morfologie van diamante in die bekledingslae met ZrH2-massafraksies van 0%, 0.5%, 1% en 1.5% te vergelyk, word gevind dat die voorbehandelde diamante geen ablasie of grafitisering het nie, en die deeltjies is ongeskonde. Die benatbaarheid van diamantdeeltjies in die bekledingslaag wat voorberei is sonder om ZrH2-poeier by te voeg, is swak, soos getoon in die boks in Figuur 4a, en die diamant en die bindmiddel is nie stewig gebind nie. In die bekledingslaag met 'n ZrH2-massafraksie van 0.5%, is die bindmiddelfase en die diamant goed plaaslik gebind, soos getoon in die geel blokkie in Figuur 4b, wat aandui dat die benatbaarheid daarvan verbeter is, maar daar is steeds mikro-gapings by die bindingskoppelvlak, soos getoon in die rooi blokkie in Figuur 4b. Wanneer die ZrH2-massafraksie 1% is, is daar 'n klein hoeveelheid porieë in die bekledingslaag. Die aktiewe komponent Zr-element is voordelig om die benatbaarheid van diamant te verbeter. Die (Ti, Zr)O2, ZrC en TiCx wat deur die reaksie gegenereer word, word aan die diamantoppervlak gebind (Figuur 4c), wat die kontakarea met die metaalbinderfase vergroot en die houkrag van die bekledingslaag op die diamantdeeltjies verbeter [23], waardeur beurtkrag verminder word. Wanneer die ZrH2-massafraksie 1.5% is, word die diamantdeeltjies nie maklik losgemaak nie. Nadat die poeier deur hitte ontbind is, sal 'n groot hoeveelheid gas gegenereer word. Die vinnige kondensasie van die gesmelte swembad maak dit onmoontlik vir die gas in die bekledingslaag om vinnig te ontsnap, wat porieë tot gevolg het. As die hoeveelheid poeier wat bygevoeg word te veel is, sal insluitings tydens die reaksieproses gegenereer word [21], wat lei tot mikrokrake rondom die diamantdeeltjies (Figuur 4d), wat die vashoukrag van die binding relatief tot die diamant verminder en die algehele prestasie verminder van die bekledingslaag.

Die g-area in Figuur 4c word vergroot en in detail ontleed, wat wys dat die diamant en die binding styf gekombineer is, en daar is geen mikroskeur by die bindingskoppelvlak nie, soos in Figuur 4e getoon. Die EDS-lynskanderingspektrum van die elemente wys dat die C-inhoud eers toeneem en dan afneem, en dan verander in 'n gradiënt en die inhoud neem aansienlik toe. Die diamantdeeltjies reageer tot 'n sekere mate onder die werking van die laser, wat bevorderlik is vir die vorming van nuwe fases by die bindingskoppelvlak; en op 3~4 µm vanaf die beginpunt van die lynskandering, neem die Zr- en Ti-elemente skielik toe (Figuur 4f). Gekombineer met XRD-analise, kan dit gesien word dat nuwe fases soos ZrC, CoZr2, en (Ti,
Zr)O2 word gegenereer deur die reaksie by hierdie plek, wat aandui dat wanneer die kwaliteit van die diamantdeeltjies voorbehandeling hoog is, die ongesmelte TiC wat aan die oppervlak gebind is en die nuwe fases wat deur die reaksie gegenereer word, die diamant kan isoleer en beskerm, en die ablasie daarvan verminder en grafitisering onder hoë temperatuur van die laser, en die goeie elementoorgangsverskynsel dui ook daarop dat die metaalbindingsfase en die diamantdeeltjies chemies metallurgies gebind is, wat die vashoukrag van die bindingsfase op die diamant verder verbeter. Daarom kan die byvoeging van 1% ZrH2-poeier die benatbaarheid van diamant in die bekledingslaag verbeter, en effektief die gemiddelde mikrohardheid van die bekledingslaag verhoog, waardeur die slytasieweerstand daarvan verbeter word. Op hierdie basis is bekleding volgens die materiaalsamestellingverhouding in Tabel 2 uitgevoer, en die deursnee morfologie, struktuur en eienskappe van die bekledingslaag is bestudeer.

Die deursnit van die monster het duidelike streeksgrense (Fig. 5a), wat in bekledingslaag, oorgangsone, hitte-geaffekteerde sone en substraat verdeel kan word. Die wit blokke is ongesmelte WC-deeltjies. Tydens die laserbekledingsproses smelt WC gedeeltelik om C-elemente te produseer, en die CO, CO2 en ander gasse wat deur die reaksie met O2 gegenereer word, het nie tyd om te ontsnap nie [24]. Terselfdertyd ontbind en stel ZrH2 H2 af wanneer dit verhit word, maar die aktiewe komponent Zr kan die konveksie en massa-oordrag van die gesmelte swembad verbeter. Daarom is daar 'n paar porieë in die bekledingslaag, geen makro krake nie, en die struktuur van elke area is dig. Die vinnige skandering van die hoë-energie laserstraal veroorsaak dat die oppervlak van die substraat effens smelt, en die gesmelte poel word vinnig gevorm. By die koppelvlak waar die bekledingslaag na die substraat oorgaan (120 µm vanaf die beginpunt van die lynskandering), as gevolg van die verskillende chemiese samestellings van die bekledingslaagmateriaal en die substraat, is die inhoud van elemente soos Co, W, en Ti neem geleidelik af, terwyl die inhoud van Fe skerp toeneem (Fig. 5d). Verskillende elemente diffundeer op 'n gradiënt wyse. Fe het 'n sterk affiniteit met C en Co[25]. Tydens laserbekleding kan die konveksiemassa-oordrag van die gesmelte swembad die vloei van elemente bevorder. Sommige Fe-elemente in die matriks sal in die bekledingslaag diffundeer en aan die reaksie deelneem. Die inhoud van W, Ti en ander elemente in die oorgangsone is relatief laag, en Co- en Fe-elemente is verryk, wat die taaiheid hoër maak. Die goeie elementdiffusieverskynsel dui daarop dat die bekledingslaag en die matriks metallurgies gebind is (Figuur 5b). Die hitte-akkumulasie lei tot 'n dikker hitte-geaffekteerde sone, en die mikrostruktuur van die area naby die bindingsvlak is grof, maar die matriks vorm hoofsaaklik 'n lattevormige martensietstruktuur onder die werking van die hoë-temperatuur laserstraal (Figuur 5c) ). Die hoë-digtheid ontwrigting binne dit het 'n sekere bydrae tot die strukturele versterking, en die tralievervorming veroorsaak deur oorversadigde koolstof speel ook 'n rol in vaste oplossing versterking[26]. Die oorversadiging van koolstof in martensiet is egter laag, en die plastisiteit en taaiheid daarvan is goed[27]. Daarom is die omvattende prestasie van die hitte-geaffekteerde sone goed, en die impak op die veiligheid van die matriks is klein. Die gradiëntafname van die mikrohardheid vanaf die bekledingslaag na die matriks word bereik, en die dikte van die slytvaste laag word indirek verhoog.

2.2 Fase-analise

Na growwe maal om die ongesmelte deeltjies op die oppervlak te verwyder, is die nuwe fases in die XRD-spektrum van die bekledingslaag saamgestel uit W2C, TiCx, Co3Ti, CoZr2, (Ti, Zr)O2, ZrC, saamgestelde karbiede (Co, Fe, W) en γ-(Co, Fe) vaste oplossing (Figuur 6).

Die verdunning van die matriks laat die Fe-element met 'n sterk affiniteit vir die C-element in die bekledingslaag oplos, wat nuwe fases soos Fe6W6C en (γ-Fe) vorm. Die (γ-Fe) en (γ-Co) wat by hoë temperatuur gegenereer word, is albei gesiggesentreerde kubieke strukture[28], en die atoomradius van die Fe en Co-elemente is relatief klein, wat dit maklik maak om 'n metstabiele γ te vorm -(Co, Fe) vaste oplossing. Die digtheid van gegote blok WC-deeltjies is groter as dié van diamant, en hulle is geneig om na die bodem van die gesmelte poel te sink. Daarom is die diffraksie-intensiteit van die nuwe karbiedfase in die bekledingslaag ver van die bindingsvlak af laag. Die teenwoordigheid van ZrC, W2C en Co6W6C dui daarop dat WC-deeltjies en diamante in verskillende grade gereageer het[29]. ZrH2-poeier reageer by hoë temperature om nuwe fases te genereer met relatief stabiele chemiese eienskappe, soos (Ti, Zr)O2, CoZr2 en ZrC. Onopgeloste WC-, TiC- en diamantdeeltjies kan die bekledingslaag versterk; die gesiggesentreerde kubieke struktuur van γ-(Co, Fe) soliede oplossing het meer glipvlakke en het 'n sterk vermoë om kristalvlakgly te verhinder[30], wat 'n rol speel in soliede oplossingversterking van die bekledingslaag; die intermetaalverbinding Co3Ti en baie nuwe karbiedfases word eweredig in die bekledingslaag versprei, wat die bekledingslaag kan versprei en versterk.

2.3 Mikrostruktuur

Die korrelmorfologie aan die onderkant van die bekledingslaag is anders en die stratifikasie-verskynsel is duidelik. Die bindingsvlak is 'n vlakke kristal, en die boonste deel is growwe dendriete en sellulêre dendriete. Groot stukke retikulêre eutektiese struktuur word tussen die korrels neergesit (Figuur 7a). Die vinnige smelteienskappe maak die chemiese samestelling by die bindingsgrensvlak ongelyk en elementsegregasie vind plaas, wat weer 'n kernvrye ewewigsoorgangsone vorm, wat bevorderlik is vir die groei van vlakke kristalle. Wanneer die hoë-energie laserstraal begin om die substraat te bestraal, binne 'n sekere reeks, is die vloeistoffase temperatuur hoër en die superverkoeling is laer op 'n afstand van die bindingskoppelvlak. Die positiewe temperatuurgradiënt is uiters groot en die kristallisasietempo is die kleinste. Die latente hitte van kristallisasie hier word deur die matrikswand verdryf, en vlakke kristalle word maklik gegenereer. Soos die bekledingsproses vorder, is die bodem verder weg van die bindingsvlak, en die hitte-akkumulasie maak die onderverkoeling van die vloeistoffase-komponent groter. Die negatiewe temperatuurgradiënt neem ook geleidelik af en het 'n spesifieke rigting, en die stollingstempo neem toe. As gevolg van die verdunning van die matriks is die Fe-elementinhoud egter relatief hoog, en fyn kerne word nie verkry nie. Growwe dendriete word vinnig langs die dalende rigting van die temperatuurgradiënt gevorm. Tydens die bekledingsproses het die negatiewe temperatuurgradiënt van die vloeistoffase in die middel van die bekledingslaag (Fig. 7b) aanhou afneem, en die superverkoelingsgraad het verder toegeneem. Terselfdertyd is dit minder deur die verdunningstempo beïnvloed, en was daar 'n wit deeltjiefase, wat veroorsaak het dat die nukleasietempo skerp toegeneem het en 'n groot aantal nie-georiënteerde sellulêre dendriete gevorm het. Aan die bokant van die bekledingslaag (Fig. 7c) het die latente hitte van kristallisasie van die oppervlak af verdwyn, die temperatuurgradiënt het die minimum bereik, die stollingstempo skerp toegeneem en die hoë-smeltpunt wit deeltjiefase (dws karbiede). van elemente soos W, Zr en Ti) is in die korrels en graangrense versprei, en het gedien as die kern van graangroei, wat die kernonderverkoeling rondom dit verminder het, die heterogene kernvormingstempo [31] verhoog het en 'n groot aantal verkry is. van nie-georiënteerde groei en fynkorrel-eweaksige dendriete en netwerkeutektiek wat gevorm word deur die aggregasie van klein opgeloste atome. Die boonste struktuur was eenvormig en dig, en die omvattende werkverrigting van die bekledingslaag was gewaarborg.

Deur EDS te gebruik om verskillende mikrostrukture in Figuur 7c op te spoor, in die wit deeltjiefase 1 (Figuur 8a), is die massafraksie van W-element so hoog as 39.8%, en die inhoud van Co- en Fe-elemente is laag. In vergelyking met ander posisies is die inhoud van C-, Zr- en Ti-elemente relatief groot. Gekombineer met XRD, word bespiegel dat dit 'n karbied van W, Zr, Ti en ander elemente is. In die gelykbenige dendriet 2 (Figuur 8b) is die inhoud van Co- en Fe-elemente aansienlik verhoog, die inhoud van C- en W-elemente is verantwoordelik vir 'n klein proporsie, en die inhoud van Zr- en Ti-elemente is uiters laag. Daar word bespiegel dat die gelykbenige dendriet 'n γ-(Co, Fe) vaste oplossing van W- en C-elemente is. Die WC-deeltjies smelt om W-elemente met 'n groter atoomradius te genereer en los op in die Co-Fe vaste oplossing, wat lei tot tralievervorming, wat effektief kristalvlakgly kan voorkom en die vermoë van die bekledingslaag om plastiese vervorming te weerstaan ​​verbeter [28] . In die eutektiese 3 (Fig. 8c) is die inhoud van W, Co en Fe relatief hoog, die inhoud van Zr en Ti is basies dieselfde as dié in die gelykbenige dendriet 2, en die inhoud van C neem effens toe. Gekombineer met die fase-analise, sluit die organisasie die interstisiële vastestofoplossing van γ-(Co, Fe) van die soliede karbied en die saamgestelde karbiede soos M6W6C in. Die eutektiese organisasie is dig, die interkorrelbinding is sterk, en die bekledingslaag kan versterk word.

2.4 Mikrohardheidsverspreiding

Die mikrohardheidsverspreiding van elke area in die dwarssnit van die bekledingslaag word vanaf die bokant van die bekledingslaag gemeet (Fig. 9). Deur hardefasedeeltjies soos WC te vermy, is die mikrohardheidsverspreiding van die bekledingslaag eenvormig, met 'n gemiddelde waarde van 1002HV0.2, en die hardheidwaardes aan die bo- en onderkant is effens hoër. Die drastiese temperatuurgradiënt onder die werking van laser kan vinnig veelvuldige fases van legeringselemente in die gesmelte poel genereer, die aantal nie-spontane kerne verhoog, die kernvormingstempo [31] verbeter en die korrels geleidelik van onder na bo verfyn van die bekledingslaag (Figuur 7), wat die effek van fynkorrelversterking het [32]. Die byvoeging van ZrH2-poeier verhoog die vloeibaarheid van die gesmelte swembad, wat die ongesmelte WC- en TiC-deeltjies en nuwe karbiedfases soos W2C, Co3Ti, ZrC en Co6W6C eweredig versprei maak, wat die bekledingslaag kan versprei en versterk. Die teenwoordigheid van die eutektiese netwerk verhoog die totale lengte van die korrelgrens, wat effektief die vervorming van die bekledingslaag wat veroorsaak word deur ontwrigtingglybeweging kan voorkom en die mikrohardheid van die bekledingslaag kan verbeter. Die oorgangsone tussen die bekledingslaag en die substraat het 'n sterk verdunningseffek, die inhoud van die gepresipiteerde karbiedharde fase neem af, en die struktuur daarvan is hoofsaaklik growwe dendriete en planêre kristalle. Die gemiddelde mikrohardheidswaarde by hierdie plek daal tot 795HV0.2. In die hitte-geaffekteerde sone waar die blusfase-transformasie plaasvind as gevolg van die deurlopende laseraksie, is die mikrostruktuur martensiet[33], en die gemiddelde mikrohardheidswaarde is 628HV0.2, wat hoër is as die gemiddelde mikrohardheid van die substraat (329HV0.2. XNUMX).

2.5 Wrywing en slytasie eienskappe

Die gemiddelde wrywingskoëffisiënt van die substraat is 0.426 (Fig. 10a), wat 2.2 keer die gemiddelde wrywingskoëffisiënt van die bekledingslaag (0.192) is. Gedurende die inloopslytasieperiode is die wrywingskurwe van die bekledingslaag in 'n afwaartse toestand as geheel. Die slypbal en die bekledingslaag is aan die begin in puntkontak, en die bekledingslaag het mikro-uitsteeksels wat styf gebind is en hoë hardheid het en nie verwyder is nie, wat fluktuasies in sy wrywingskromme veroorsaak. Onder die werking van die slypbal verbeter die platheid van die bekledingslaag geleidelik, en die wrywingsweerstand tussen die slypbal en die bekledingslaag verminder, sodat die wrywingskoëffisiënt daarvan steeds afneem; die wrywingskurwe van die substraat neem gewoonlik eers af en neem dan toe. Voor die toets word die oppervlak van die substraat gepoleer om glad te wees. Die maalbal en die substraat is in puntkontak met 'n klein kontakarea, en die wrywingsfaktor neem af. Soos die wrywingstoets vorder, sal die maalbal in die substraat sink, wat die puntkontakglywrywing in oppervlakkontakglywrywing verander. Die wrywingsarea neem geleidelik toe, wat die wrywingweerstand verhoog, en die wrywingsfaktor neem dienooreenkomstig toe. Nadat die stabiele slytasietydperk binnegegaan is, bly die wrywingskurwe tussen die substraat en die bekledingslaag basies stabiel, die mikrohardheid van die bekledingslaag is eweredig versprei, en daar is 'n gelyke hardheidsarea aan die onderkant van die slytasiemerk; daar is egter 'n plaaslike fluktuasie in die wrywingskurwe tussen die substraat en die bekledingslaag. 42CrMo-staal ondergaan plastiese vervorming tydens die wrywing- en slytasieproses, wat sy eie oorblywende spanning vrystel, wat die kontaktoestand tussen die substraat en die maalbal beïnvloed, wat plaaslike fluktuasies in die wrywingfaktorkromme veroorsaak; die oppervlak van die bekledingslaag het 'n sterk vermoë om plastiese vervorming te weerstaan, en die mikrostruktuur daarvan is oneweredig versprei. Tydens die wrywing- en slytasieproses word WC-deeltjies en diamante gebreek en afgeskil, wat die kontaktoestand tussen die bekledingslaag en die slypbal verander, wat plaaslike fluktuasies in die wrywingsfaktorkromme tot gevolg het. Die substraatslytasiehoeveelheid is 3.3 mg (Figuur 10b), wat twee keer die slytasiehoeveelheid van die bekledingslaag (1.6 mg) is, en die slytweerstand van die bekledingslaag is aansienlik verbeter. Daar is duidelike materiaalophoping by die rand en einde van die substraatslytasiemerk (Figuur 11a), geen ophoping by die rand van die bekledingslaagslytasiemerk nie (Figuur 11b) en 'n klein hoeveelheid materiaalophoping aan die einde. Die slytasiemerkdiepte van die substraat is 137.72 µm, wat twee keer die slytmerkdiepte van die bekledingslaag (67.11 µm) is, dus is die slytasietempo van die bekledingslaag laag. Die breedte-tot-diepte-verhouding van die slytasiemerk is m=L/H, en die breedte-tot-diepte-verhouding van die bekledingslaag is 18.48, wat aansienlik groter is as die breedte-tot-diepte-verhouding van die substraat-slytasiemerk (11.62), wat aandui dat die bekledingslaag 'n hoër hardheid en 'n sterker vermoë het om plastiese vervorming te weerstaan. Die onderkant van die substraatslytasiemerk is relatief glad, terwyl die onderkant van die bekledingslaagslytasiemerk duidelike uitsteeksels het, wat aandui dat daar uiters harde weefsels en deeltjiefases daar is. Die slytasiemerkvergelykingsanalise toon dat die bekledingslaag goeie slytasieweerstand het.

Daar is geen harde fase in die matriksslytteken nie, en 'n groot area van plaaslike materiaalafskilfering en oordragophoping vind aan die onderkant plaas (Figuur 12b), so kleefslytasie is die hoofslytasiemeganisme van die 42CrMo-staalmatriks. Die relatief gekonsentreerde periodieke spanning tydens die wrywingsproses sal 'n groot sikliese vervorming veroorsaak, wat veroorsaak dat die matriksmateriaal geleidelik fyn krake ontwikkel as gevolg van moegheid en aanhou uitsit, en uiteindelik in die vorm van vlokkies en lae afdop (Figuur 12a); die hoë-frekwensie punt kontak wrywing en slytasie toets metode veroorsaak klein skrape in die matriks slytiek. Die afgeskilferde materiaal migreer onder die aksie van voortdurende resiprokerende wrywingslading, so 'n ernstiger materiaalbinding vind plaas aan die einde van die matriks-slytteken (Figuur 12c), wat die mees tipiese kenmerk van die kleefslytasiemeganisme is.

Daar is diamant-, toiletdeeltjies en losgemaakte fyn harde deeltjies in die slytteken van die bekledingslaag, en 'n bietjie skilferskil vind aan die onderkant plaas, en die res van die slytasie is klein, vergesel van 'n groot aantal mikrogroewe, en daar is geen ooglopende materiaalophoping nie (Figuur 13b). Die diamant in die slytteken van die bekledingslaag is relatief volledig en stewig aan die binding gebind sonder om af te val; tydens die slytasieproses, nadat die metaalfase met 'n laer hardheid rondom die diamant afgeskil is, steek die diamantdeeltjies uit en sal 'n deel van die wrywingslading dra, sodat die rande en hoeke daarvan geleidelik afgestomp word; die periodieke las veroorsaak dat die hoë-hardheid slypbal voortdurend met die diamant bots, wat lei tot klein moegheid bros afskilfering van die diamant (Figuur 13a). As gevolg van die hoë mikrohardheid van die bekledingslaag kan die fyn harde deeltjies wat tydens die wrywing- en slytasieproses afval, nie in die bekledingslaag ingebed word nie, en heen-en-weer skraap word in die slytteken uitgevoer. Die drie-liggaam slytasie veroorsaak 'n groot area van mikro-ploeg in die slytiek van die bekledingslaag. ZrH2 verbeter die vloeibaarheid van die gesmelte poel, en laat dan die karbiedversterkingsfases soos W2C, Co6W6C, CO3Ti en ZrC in die bekledingslaag versprei, wat mikrosny belemmer, sodat die ploegdiepte vlak is en die kontinuïteit swak is (Figuur 13c). Die inhoud van WC-deeltjies in die bekledingsmateriaal is relatief hoog, wat die sleutelstof is vir die hele bekledingslaag om die wrywingslas te dra. Die bindingsfase rondom die blokagtige toilet skil af, wat dit op die oppervlak van die bekledingslaag blootstel en wrywing weerstaan. Wanneer die slytasie toeneem, produseer die WC-deeltjies mikrokrake as gevolg van moegheidstres en gaan voort om uit te sit, wat veroorsaak dat hulle fyngedruk word en effens bros afdop (Figuur 13d). Die EDS-lynskandering by die raakvlak tussen die WC-deeltjies en die binding wys dat verskillende elemente in 'n gradiënt verander, en die WC-deeltjies is goed gebind aan die bekledingslaag sonder om af te val. Op 12 µm vanaf die beginpunt van die lynskandering neem die W-element skielik toe in die bekledingslaag (Figuur 13e). Die WC-deeltjies smelt gedeeltelik onder die werking van die laser, wat bevorderlik is vir die vorming van nuwe fases soos W2C, Co6W6C en TiCx, en die slytasieweerstand van die bekledingslaag verbeter. Die wrywing- en slytasietoetsresultate van die bekledingslaag toon dat sy hoofslytasiemeganisme skuurslytasie is, en daar is ook 'n mate van kleefslytasie, wat beter slytweerstand as die substraat het.

3 Conclusies

1) Diamant wat met Ti/TiC-poeier voorbehandel is, kan die ablasie en grafitisering onder hoë temperatuur van laserstraal verbeter. Gepaste hoeveelheid ZrH2-poeier kan die breedte-tot-dikteverhouding van bekledingslaag uitbrei en die vloeibaarheid van gesmelte swembad verbeter; en die vorming van nuwe fases soos ZrC en (Ti, Zr)O2 verbeter die benatbaarheid van diamant, sodat chemiese metallurgiese binding tussen diamant en bindingsfase gevorm word. Tydens wrywing en slytasie word diamant geleidelik gepassiveerd as gevolg van die wrywingslading, en val nie af nie, en die diamanthoukrag is relatief hoog.

2) Die multi-pass oorvleueling oorgang van diamant/WC deeltjie versterkte kobalt-gebaseerde saamgestelde bekleding laag is eenvormig, daar is geen makro krake binne, en metallurgiese binding vind plaas met die substraat. Die termiese eienskappe van laserbekleding maak dat W2C, CoZr2, Co6W6C, Fe6W6C en CO3Ti in die bekledingslaag versprei word, wat die algehele werkverrigting daarvan verbeter. Groot eenvormige en digte eutektika word neergeslag tussen die korrels in die bekledingslaag, en die struktuur daarvan sluit hoofsaaklik γ-(Co, Fe) interstisiële vaste oplossing van soliede karbied, M6W6C en ander fases in. Die onderkant van die bekledingslaag reageer om 'n vlakke kristalstruktuur te genereer met goeie ontwrigting gly vermoë, wat die taaiheid van die voeg verbeter; daar is 'n groot aantal fyn gelykvormige kristalle aan die bokant, wat die mikrohardheid van die bekledingslaag verbeter.

3) Die gemiddelde mikrohardheid van die bekledingslaag is 1 002HV0.2, wat 3 keer die mikrohardheid van die substraat is. Die gemiddelde wrywingskoëffisiënt word verminder met 0.234 in vergelyking met die substraat, die gemiddelde slytasie van die bekledingslaag is 1/2 van die gemiddelde slytasie van die substraat, en die bekledingslaag is hoofsaaklik skuur-slytasiemeganisme, en die slytasieweerstand word aansienlik verbeter.