铜合金表面耐磨涂层.ppt

结晶器铜合金表面激光原位制备Ni基强韧耐磨梯度涂层的研究 目 录 1.绪论 铜及铜合金具有良好的导热性，常被用于制备导热部件，结晶器就是其的一个重要应用。 结晶器是连铸工艺的核心设备，结晶器铜板的表面质量，直接影响着连铸生产的稳定性。 1.绪论 结晶器铜板损坏失效的主要形式是磨损、热裂纹和热腐蚀。 目前，结晶器Cu合金表面强化技术主要有：电镀、复合镀和热喷涂等。但尚存在着以下主要问题： 1.绪论 熔覆涂层与Cu基体之间为冶金结合界面，结合力高； 原位生成的硬质颗粒细小，且表面无污染，与涂层基体之间结合强度高，有利于提高涂层的硬度和耐磨性能； 强化相含量由内层至外层梯度升高，解决高硬度耐磨涂层韧性差，易开裂的问题。 2.实验材料与研究方法 2.实验材料与研究方法 2.实验材料与研究方法 3.激光原位制备单道熔覆涂层 3.激光原位制备单道熔覆涂层 3.激光原位制备单道熔覆涂层 3.激光原位制备单道熔覆涂层 3.激光原位制备单道熔覆涂层 3.激光原位制备单道熔覆涂层 3.激光原位制备单道熔覆涂层 3.激光原位制备单道熔覆涂层 单道涂层表面为等间隔分布的“波纹”状形貌； 单道熔覆层内相邻的脉冲激光束存在搭接区域。 3.激光原位制备单道熔覆涂层 熔池与基体界面处，首先凝固形成平面晶组织； 凝固界面前形成较窄的成分过冷区，凝固相以柱状枝晶形式向熔池内生长； 熔池内部获得较大的过冷度ΔT，通过均质形核形成了高密度的晶核，并迅速凝固，形成超细晶组织。 4.激光原位制备多道搭接梯度涂层 整个涂层组织致密完整，未见有任何明显的裂纹和气孔等缺陷，并与Cu基体结合紧密； 涂层的厚度大约在60μm~80μm之间。 4.激光原位制备多道搭接梯度涂层 ①处超细晶和柱状晶交替层状分布的组织形貌由于相邻的脉 冲激光束在单道涂层内搭接形成的； ②位置的柱状晶组织是由于相邻单道熔覆涂层的搭接造成。 4.激光原位制备多道搭接梯度涂层 显微硬度沿基体至涂层方向逐渐升高； 最外层硬度达到了209HV，涂层的显微硬度约为基体的2倍。 4.激光原位制备多道搭接梯度涂层 涂层内部无裂纹、气孔，与基体结合良好； 第二层内部出现了弥散分布的白色析出颗粒。 4.激光原位制备多道搭接梯度涂层 析出颗粒尺寸细小，直径大多在1μm~5μm之间，甚至有亚微米的颗粒； 颗粒中Cr和C的含量分别为45.1wt%和13.7wt%，为高硬度的富Cr复合碳化物析出相 。 4.激光原位制备多道搭接梯度涂层 4.激光原位制备多道搭接梯度涂层 4.激光原位制备多道搭接梯度涂层 4.激光原位制备多道搭接梯度涂层 熔覆涂层表面呈光亮的银白色，且非常平整，未见任何宏观的表面裂纹、凸起、孔洞等缺陷。 具有整齐均匀排列的“波纹”状形貌。 4.激光原位制备多道搭接梯度涂层 与基体呈冶金结合界面； 在组织形貌上实现了四层梯度变化。 4.激光原位制备多道搭接梯度涂层 梯度涂层各层之间的界面处同样符合平面晶—柱状晶—超细晶这一凝固过程，各层之间也都形成了冶金结合的界面； 四层涂层内部观察到了较多的球状析出颗粒。 4.激光原位制备多道搭接梯度涂层 四层涂层内部仍以超细晶组织为主； 富Cr和贫Cr的液相流凝固后产生了Cr的微观偏析。 4.激光原位制备多道搭接梯度涂层 Ni元素在涂层内一、二层中含量最高，表层有了一定的下降； Co、Cr和Fe元素沿基体至涂层表层的方向呈逐渐升高的趋势 ； Cu元素变得越来越少，到涂层表面处降到了极低的水平。 4.激光原位制备多道搭接梯度涂层 Ni、Co基体相； Cr-Ni-Fe-C、Ni4(W,Mo)、FeNi和Ni3Al合金相； 少量剩余的C单质相。 4.激光原位制备多道搭接梯度涂层 四层梯度涂层的显微硬度呈出典型的梯度升高的趋势； 外层平均硬度达到了834HV，约为Cu基体硬度的8.3倍。 5.激光原位制备梯度涂层的性能分析 梯度涂层磨损量仅为Cu基体试块磨损量的约1/8； 涂层对摩擦副的摩擦系数仅为Cu基体的1/2-1/3。 5.激光原位制备梯度涂层的性能分析 Cu基体表面粘着有大量的磨屑（箭头①处），EDS分析表明其成分为Cu-Fe混合物，且Cu含量较高； Cu基体与碳钢摩擦副之间发生了典型的粘着磨损，粘着点位置由于粘着点处的剪切、撕扯作用留下了片状磨损形貌 。 5.激光原位制备梯度涂层的性能分析 涂层的摩擦面整体上较为平整； 磨损类型为涂层内部脱落的球形硬质颗粒产生的磨料磨损。 5.激光原位制备梯度涂层的性能分析 镀层未出现明显的宏观裂纹、脱落等严重质量问题，表面光滑平整并与基体紧密结合； 试块表面产生了轻微的氧化现象。 5. 激光原位制备梯度涂层的性能分析 梯度涂层的表观形貌未见明显变化； 试块表面受到轻微的氧化，颜色变深。 5.激光原位制备梯