激光熔覆Fe17Mn5Si10Cr5Ni記憶合金涂層及其組織與性能研究.pdf

1、隨著船機(jī)修造領(lǐng)域新材料、新技術(shù)、新工藝的不斷發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù)為載運(yùn)工具構(gòu)件使用壽命的提高、磨損及腐蝕件的修復(fù)提供了新的可能性。為了提高金屬表面的耐蝕性和耐磨性，本文采用激光熔覆技術(shù)在45鋼表面制備了304不銹鋼涂層和304不銹鋼/Al2O3復(fù)合涂層，并對其工藝及組織與性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，這種復(fù)合涂層存在較大的殘余應(yīng)力，易導(dǎo)致涂層的開裂敏感性增大。為降低或消除涂層殘余應(yīng)力，本文運(yùn)用Fe-Mn-Si形狀記憶合金中γ→ε馬氏體相變

2、釋放殘余應(yīng)力原理，設(shè)計(jì)了一種Fe17Mn5Si10Cr5Ni形狀記憶合金成分，采用激光熔覆技術(shù)在304不銹鋼表面成功地制備了具有低殘余應(yīng)力和較好的抗開裂敏感性的形狀記憶合金涂層，并在以下幾個(gè)方面開展了研究工作。
　　當(dāng)光斑直徑為3mm、掃描速度為600～1000mm/mm、激光功率為2～3 kW、搭接率為50％時(shí)，所制備的304不銹鋼涂層表面平整，耐蝕性較好。在此基礎(chǔ)上，將Al2O3(含量分別為5wt.％、10wt.％、15wt.

3、％)粉末添加到304不銹鋼涂層中，制備了304不銹鋼/Al2O3復(fù)合涂層。結(jié)果表明，復(fù)合涂層內(nèi)部基體組織由奧氏體和鐵素體雙相組成，涂層自熔池底部到表面分別由平面晶、胞狀晶、樹枝晶以及等軸晶組成。熱影響區(qū)由細(xì)小馬氏體和細(xì)小鐵素體組成;相對于304不銹鋼涂層，復(fù)合涂層顯微硬度高，耐磨性好，耐蝕性略遜于304不銹鋼涂層，但遠(yuǎn)優(yōu)于45鋼基材;隨著Al2O3硬質(zhì)顆粒添加量的增加，涂層表面平整度降低，硬度有所提高，耐磨性及耐蝕性無明顯變化。研究結(jié)果

4、還表明，復(fù)合涂層具有較大的殘余應(yīng)力，造成涂層的開裂敏感性增大。
　　Fe17Mn5Si10Cr5Ni記憶合金涂層的制備工藝表明，激光熔覆過程中，粉末材料中的Mn和Si元素?zé)龘p量較大，導(dǎo)致其在涂層中的含量大大降低，而304不銹鋼基材中的部分Cr和Ni原子會(huì)進(jìn)入熔覆層，導(dǎo)致其在涂層中的含量增加。試驗(yàn)選定Mn∶Si∶Cr∶Ni∶Fe=32∶9∶4∶3∶Bal.（wt.％）混合粉末成分配比，采用光斑直徑3mm、功率2 kW、掃描速度600

5、mm/min、搭接率50％的激光熔覆工藝，可成功地在大氣環(huán)境中制備具有形狀記憶效應(yīng)的Fe17Mn5Si10Cr5Ni合金涂層。
　　Fe17Mn5Si10Cr5Ni記憶合金涂層自熔池底部到表面分別由平面晶、胞狀晶、樹枝晶以及等軸晶組成;記憶合金涂層由γ奧氏體相和ε馬氏體相組成，經(jīng)1000℃×1h固溶后，涂層只存在粗大的γ奧氏體相。往復(fù)摩擦試驗(yàn)及接觸疲勞試驗(yàn)表明:與304不銹鋼基材相比，記憶合金涂層具有更好的耐磨性和接觸疲勞特性，F(xiàn)

6、e-Mn-Si記憶合金涂層在摩擦應(yīng)力作用下發(fā)生的γ→ε馬氏體相變及其產(chǎn)生的相變變形，可抑制滑移變形和位錯(cuò)的形成與擴(kuò)展，是導(dǎo)致其具有較高的接觸疲勞強(qiáng)度和耐磨性的主要原因。殘余應(yīng)力誘發(fā)的γ→ε馬氏體相變及其相變變形可松弛熔覆層中的殘余應(yīng)力，進(jìn)而減小記憶合金涂層的開裂敏感性及工件的變形。
　　與304不銹鋼相比，F(xiàn)e17Mn5Si10Cr5Ni記憶合金涂層應(yīng)力松弛率較高。當(dāng)預(yù)變形量增大時(shí)，涂層應(yīng)力松弛率減小，停載時(shí)間為0～5 min時(shí)，