激光-感应复合熔覆热源对陶瓷相与粘结金属交互作用的影响及机理

激光熔覆金属陶瓷层具有高硬度、耐磨与耐腐等性能，在关键零部件的表面强化与修复领域具有广阔的应用前景。针对目前激光熔覆效率低与金属陶瓷层易开裂的难题，本项目在国内外首次提出激光-感应复合熔覆金属陶瓷层的新方法，在熔覆效率提高1~5倍的条件下，系统研究不同基材表面金属陶瓷层的制备，深入研究激光-感应复合熔覆热源对陶瓷相与粘结金属交互作用的影响，陶瓷相烧损、碳化物析出的热力学与动力学条件，激光-感应复合熔覆热源形成熔池的几何形貌对晶体生长模式、陶瓷相与粘结金属交互作用的程度、方式以及界面力学行为的影响。本项目的顺利实施，有助于进一步认识激光-感应复合熔覆热源形成熔池的温度场与流场，晶体取向与裂纹敏感性的关系以及陶瓷相与粘结金属交互作用过程等一系列科学问题，为建立组织与性能的定量关系，理解金属陶瓷层激光-感应复合熔覆的物理机制，控制金属陶瓷层的质量及发展新型的金属陶瓷层奠定坚实的理论与实践基础。

针对目前激光熔覆效率低与金属陶瓷层易开裂的难题，本项目在国内外首次提出激光－感应复合熔覆金属陶瓷层的新方法，对激光－感应复合熔覆热源对陶瓷相与粘结金属交互作用的影响及机理进行了研究，取得的结果如下：.（1）在熔覆效率提高1~5倍的条件下，成功地在不同基材表面制备了大面积、无裂纹、表面较光滑的金属陶瓷层，WC颗粒与Ni基合金的界面处形成一个合金化过渡层，提高了Ni基合金对WC颗粒的相溶性与润湿性，降低了由于组成突变而出现的组织应力。但是，WC颗粒与Fe基合金在激光－感应复合熔覆过程发生复杂的冶金反应后完全溶解，提出了M6C型共晶碳化物以层片状模式生长模型，以及M6C型树枝碳化物以熔化增殖式生长模型。.（2）建立了激光－感应复合熔覆Ni基WC涂层的数学模型，并与实验结果进行了对比，结果表明：随着粉末喷射角的增加，粉末颗粒利用率先增加后减小；模型计算所得的熔覆层厚度的相对误差只有4.5%；随着喷射角的增加，粉末颗粒对激光功率的衰减率先减小后增加；模型计算的复合粉末颗粒的温度特征被复合涂层的显微硬度分布特征证明是有效的。.（3）在高温干摩擦磨损过程中，激光－感应复合熔覆Ni基WC涂层的摩擦系数与磨损率随着WC含量的增加而减小，高温耐磨损性能最高约是高速钢W18Cr4V的1.74倍，高温干摩擦磨损机理以显微切屑磨损为主，并伴随有粘着磨损与氧化磨损，磨屑是一种塑性损伤累积至材料的塑性变形极限导致裂纹的形成所致。.（4）针对送粉式多道搭接激光－感应复合熔覆Ni基WC涂层中WC颗粒的烧损特征，提出了评定WC颗粒烧损率的半定量公式以及WC颗粒的烧损模型，主要包括：“分裂式”烧损、“长大式”烧损与“溶解扩散式”烧损。.（5）激光－感应复合熔覆Ni基WC涂层在高温热盐Na2SO4介质中腐蚀后，形成Cr2O3与Cr2(SO4)3混合型腐蚀产物，腐蚀机理以内硫化为主。