激光熔覆制备Fe-Mn-Si记忆合金涂层工艺及耐磨性研究

【摘要】为利用Fe-Mn-Si记忆合金中γ→ε马氏体相变来释放残余应力并提高涂层耐磨性,本文利用C02激光器在304不锈钢基材表面激光熔覆Fe、Mn、Si、Ni、Cr单质混合粉末原位生成Fe-Mn-Si记忆合金涂层,利用显微硬度试验仪、往复摩擦试验仪以及加装了滚动摩擦压头的BC6063牛头刨床依次测定了涂层显微硬度、滑动耐磨性以及滚动耐磨性,并借助XRD、场发射扫描电镜(SEM)观测和分析了涂层的摩擦机理。激光熔覆试验表明,扫描速度越大,熔覆涂层的高度越大而宽度越小,热影响区的宽度、高度也越小；光斑直径为3mm时涂层质量较好,而当光斑直径偏离3mm时,涂层表面易出现“根瘤”、裂纹和气泡等缺陷；搭接率为50%时,熔覆层的质量较好。激光熔覆制备Fe-Mn-Si记忆合金涂层的试验表明,熔覆过程中Mn和Si的烧损率比较大,再加上基材本身Fe、Cr的含量较大,一部分合金元素熔化进入涂层使得Cr和Ni的质量比增加。故而熔覆层组织中出现了Mn、Si等元素在此过程中烧蚀减少而Fe、Cr等元素含量增加的现象。粉末成分配比为Fe:Mn:Si:Cr:Ni=52：32：9：4：3(wt%)。选用预置粉末厚度为1mm、光斑直径为3mm、激光功率为2kW、扫描速度为600mm/min、搭接率为50%的激光熔覆工艺参数,成功地在不锈钢表面制备出了Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni记忆合金涂层。金相显微分析可得,涂层从顶端到界面分别为等轴晶、树枝晶、柱状树枝晶、胞状晶、平面晶组成；而固溶后熔覆涂层由粗大丫奥氏体组成,而基体为细小γ奥氏体。显微硬度分析可得,Fe-Mn-Si合金涂层的硬度要大于不锈钢基体的硬度；往复滑动摩擦试验分析结果可知,Fe-Mn-Si记忆合金涂层较304不锈钢基体具有更好的滑动耐磨性；往复滚动摩擦试验表明,与304不锈钢基材相比,Fe-Mn-Si记忆合金涂层的耐滚动摩擦性能有明显的改观。涂层在摩擦应力的作用下发生γ→ε马氏体相变及其产生相变变形,可抑制滑移变形和位错的形成与扩展,是导致其具有较高的耐磨性的主要原因。
【作者】易鑫鹏；
【导师】林成新；王炳庆；
【作者基本信息】大连海事大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】激光熔覆工艺参数；Fe-Mn-Si形状记忆合金；耐磨性；

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