液壓支架激光熔覆應用研究

1激光熔覆試驗材料（1）激光焊接的基本原理。激光熔覆技術是將合金粉末或陶瓷粉末以不同的填料方式在被熔覆基體表面上涂覆,在激光束作用下把涂覆粉末迅速加熱并熔化,并快速凝固后與基體材料形成具有耐蝕、耐磨、耐熱等特性的冶金表面涂層,是改善基體特性的一種表面處理工藝。激光熔覆技術具有無環境污染、操作安全、熔覆成品率高和易實現自動化生產且熔覆層質量穩定等優點,所以在材料表面處理領域應用十分廣泛,其原理圖如圖1所示。(2)激光熔覆工藝方法本論文實驗所采用材料添加方式為預置法。激光器采用Nd:YAG固體脈沖激光器,激光功率密度值為1358W/mm2,工藝參數為激光功率80W、掃描速度100mm/min、離焦量8mm、脈寬3ms、頻率25Hz。(3)試驗材料熔覆材料選用自熔性Ni60合金粉末,粒度200~300目。基體材料采用液壓支架用鋼27SiMn,試樣規格為φ114×7×50,表面用粗砂紙打磨并用丙酮清洗干凈。2微織構巖組織的顯微觀察激光熔覆工藝決定了熔覆層分為3個區域:熔覆區、結合區和熱影響區。在不同的材料體系和工藝參數條件下,熔池結晶的形態各不相同,如平面晶、胞狀樹枝晶、柱狀晶、樹枝晶和等軸晶等。沿垂直于掃描方向用慢走絲切割機床將試樣切開,采用去離子水在切取過程中冷卻。然后用固定的夾具將試樣固定,經砂紙粗磨、精磨、拋光和腐蝕液腐蝕后,用于觀察金相組織。基體與熔覆層結合界面處的顯微形貌如圖2所示。由圖可知,基體與熔覆層相當緊密地結合在一起且界面分明,沒有形成氣孔,并且熔覆層與基體中間存有一條細微的亮白合金元素交互擴散結合過渡帶。這表明Ni60合金熔覆層與基體生成了高質量的冶金層。由于受到激光高溫熔覆,基體下表層區域形成了一定深度的熱影響帶,該區域由于熱傳導的影響而發生相變,等同于進行了熱處理,因此晶粒極其細小緊密。溫度隨著與熔覆層距離的增大而逐漸降低,由此形成相變區、部分相變區和原始基體組織共存的微觀組織,其微觀組織的變化具有梯度性。在熔覆層的剖面上取一點,放大1000倍,顯微組織如圖3所示。從圖中可知,熔覆層組織主要由非常細小的胞枝狀樹枝晶和枝晶組成,經分析可知,主要由γ-Ni、γ和γ′相固溶體及CrB、Ni3B等硼化物相和多元共晶組成。組織致密,枝晶間距為10~30μm。綜合上述結果可見,在所采用的工藝參數下,27SiMn鋼試樣表面光滑,并且熔覆層內部組織比較致密、均勻。3微織構材料的顯微硬度-ni固熔體本實驗采用的是HV-1000型顯微硬度計,采用維氏壓頭測定顯微硬度。由圖4可知,深度方向熔覆層的顯微硬度值為HV660~797,硬度值在界面處發生突變,基體的硬度值最低(退火或高溫回火狀態:≤HV230)。因此,熔覆層的顯微硬度遠高于被熔覆的基體,是基體硬度的2~4倍。這是由于大量的合金元素存在于Ni60合金粉末中,激光熔覆是快速冷凝過程,γ-Ni固熔體中固熔的大量鉻、硅、鐵、硼、碳等元素處于一種過飽和狀態,固熔強化顯著,凝固結晶速度快,組織得到細化。這種硬度分布特征保證了熔覆層具有較高的耐磨性。同時,激光的快速加熱和金屬粉末的快速凝固導致了熔覆層組織的細化及硬質顆粒的彌散強化等,從而形成均勻的組織,這與圖4呈現的整個熔覆層的硬度分布比較均勻是相吻合的。綜合上述分析結果可以看出,熔覆層的顯微硬度遠高于基體的硬度,熔覆效果良好。4抗疲勞試驗和涂層侵蝕試驗4.1乙醇、丙酮有機溶劑的水溶液腐蝕液采用30%的HNO3溶液、36%~38%的HCl溶液、10%的NaOH溶液、NaCl溶液(57g+1L水)和乙醇、丙酮有機溶劑的混合液。實驗步驟:(1)試樣用乙醇和丙醇有機溶劑擦拭干凈后,浸入NaOH溶液5~15min;(2)把試樣取出用水洗凈;(3)浸入HNO3溶液中,直至熔覆層試樣表面光潔;(4)將試樣在溫度為(35±2)℃的條件下放入腐蝕液中浸泡24h,取出用水洗凈并吹干。4.2微觀缺陷引起的點蝕有一層酸性條件下形成的腐蝕產物在試驗后出現在試樣表面,熔覆層腐蝕后的微觀形貌如圖5所示。從圖5分析得出,有明顯的縫隙腐蝕現象出現在接近熔覆層表面的微小氣孔周圍。這表明熔覆層內部腐蝕容易由表面縫隙滲透延伸進去,并且有極其細小的微裂紋存在于氣孔周圍,此縫隙的寬度為0.02~0.11mm。在熔覆層表面,有直徑為準1mm左右的點蝕坑,造成此現象的原因是熔覆層表面鈍化后,鈍化膜處于修復與溶解的動態平衡狀態中,Cl-的濃度在溶液中很高,有形成鐵的氯化物的幾率。當鈍化膜破壞后,開始形成點蝕,同時Cl-的半徑很小,可以穿過鈍化膜進入膜內從而引起點蝕。因熔覆材料Ni60合金粉末中含有大量能提高材料耐蝕性的元素Cr和Ni,因此熔覆合金粉末本身的耐腐蝕性能很強。因激光加熱后熔覆層晶粒極細,因此沒有觀