激光熔覆原位合成nialal基复合涂层研究-study on in-situ synthesis of niall - based composite coating by laser cladding.docx

lA/lAiN5102华东交通大学届硕士学位论文激光熔覆原位合成基复合涂层研究机电工程学院肖健， 、 子机电工程学院与业材料加工工程20120808050303论文题目激光熔覆原位合成 NiAl/Al基复合涂层研究工作及取得的研 究成果。 尽我所知，除 了文中特别加 以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成 果，也不包含为获得华 东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材 料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说 明并表示了谢二吉二息。-一-- 一?本人签名. 日期 A7J I\、 n 、.本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 必威体育官网网址的论文在解密后遵守此规定，本论文无必威体育官网网址内容。本人签师签名日飞主 - 4、激光熔覆原位合成 NiAl/Al 基复合涂层研究摘要NiAl 金属间化合物具有密度低、导热性能好、熔点高和在高温时具有良好的抗氧化 性等特点，常常作为复合材料的增强体，因此，它被广泛的应用于航天航空领域，作为 高温结构材料以及复合涂层材料。本文运用激光熔覆技术在 Q235 钢表面制备了 NiAl/Al 基原位复合涂层，根据 DSC 和 XRD 实验结果，结合理论计算研究了 Ni-Al 系原位自生反应的热力学与动力学；采 用光学显微镜和 XRD 方法分析了复合涂层的微观结构和物相组成，并利用多功能表面 测试仪及磨损试验机表征了复合涂层的耐磨性能，得出以下结论：T（1）通过热力学和动力学的分析，Ni-Al 系中原位自生反应生成的金属间化合物主 要为：NiAl、Ni3Al、NiAl3 和 Ni2Al3。根据吉布斯自由能 ΔG θ 的计算结果, 金属间化合 物的热力学稳定性由低到高分别为：NiAl→Ni3Al→NiAl3→Ni2Al3。当温度 T=893K 时， 原位自生反应生成了 NiAl3 相，随温度的升高 NiAl3 向富镍区扩散；当 T=1138K 时，最 终生成 NiAl 和 Ni2Al3 相。Ni-Al 系原位自生反应的动力学过程是：熔融、扩散、反应、 结晶。反应物的组成会改变原位自生反应进行的方向和反应速率；减小 Al 粉末颗粒尺 寸可以提高原位自生反应的速率；升高温度，原子的布朗运动加强，因此提高了原位自 生反应的可能性。（2）复合涂层的微观结构由熔合区到复合涂层表面呈现逐渐细化的现象。靠近基 体材料部分的微观结构为胞状树枝晶，随着与基体材料距离的增加，其微观结构逐渐转 变为等轴晶，微观结构的生长方式依次为：胞状树枝晶-树枝晶-等轴晶。（3）随着激光功率和扫描速度增大，复合涂层的磨损率具有最小值，其最小值为 1.2‰(激光功率：500W，扫描速度：8mm/s，光斑直径：1mm)。复合涂层的磨损机制主 要表现为粘着磨损和磨粒磨损。在复合涂层熔合区，产生了裂纹，裂纹的扩展方向垂直 激光扫描速度方向，并且不断延伸，这是因为复合涂层和基体材料的热膨胀速率与收缩 速率不一致，而产生了残余应力，当复合涂层的强度极限小于该残余应力时，就出现裂纹。复合涂层的显微硬度分布不均匀，复合涂层表面沿熔合区方向的显微硬度主要呈现 先增大后逐渐降低的趋势。关键词：激光熔覆，NiAl/Al 基复合涂层，热力学，动力学，微观结构，耐磨性IISTUDY ON IN-SITU SYNTHESIS NIAL/AL COMPOSITE COATING BY LASER CLADDINGABSTRACTNiAl intermetallic compound had a low density, good thermal conductivity, high melting point and good oxidation resistance at high temperature, etc. It was used to be composite material reinforcement. Therefore, it was widely used as high temperature structural material and composite coating material in aerospace field.In this paper, the NiAl/Al in situ composite coating was prepared in the surface of substrate material Q235 by the means of laser cladding technology. Aording to DS