1、FV520B钢激光熔覆镍基合金摩擦学性能分析I分类号TG1744单位代码11080密级学号0704120107本科毕业论文（设计）题目FV520B钢激光熔覆镍基合金涂层摩檫学性能分析作者金彪彪院系机械与材料工程学院专业班级应用物理学1202班学号0704120107指导教师付福兴答辩日期2016年5月19日西安文理学院本科毕业论文（设计）II西安文理学院毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明所呈交的毕业论文（设计），是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含
2、任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人毕业论文（设计）与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。论文作者签名年月日FV520B钢激光熔覆镍基合金摩擦学性能分析III摘要FV520B不锈钢为特种钢，被广泛使用在对材料表面性能要求较高的地方,尤其是在耐磨性能方面。为提高该材料的耐磨性能，本文采用激光熔覆技术在FV520B钢样片上制备不同激光功率和不同扫描速度下的镍基合金涂层。通过硬度和摩擦系数表征激光熔覆层表面的耐磨性能，并分析了激光功率和扫描速度对熔覆层耐磨性能的影响。研究结果表明，激光功率和扫描速度均会影响FV5
3、20B不锈钢表面镍基合金涂层的耐磨性能，当激光功率为2500W、扫描速度为6MM/S时，熔覆层的熔覆效果和耐磨性能最佳。关键词FV520B不锈钢；激光熔覆；镍基合金涂层；摩擦性能西安文理学院本科毕业论文（设计）IVABSTRACTFV520BSTAINLESSSTEELISAKINDOFSPECIALSTEEL,WHICHISWIDELYUSEDINTHEASPECTSWHICHHAVEHIGHDEMANDONTHESURFACEPROPERTYOFMATERIAL,ESPECIALLYTHEWEARRESISTINGPROPERTYINORDERTOIMPROVETHEWEARRESISTI
4、NGOFTHEMATERIAL,THISGRADUATIONDESIGNADOPTSLASERCLADDINGTECHNOLOGYTOMAKENICKELBASEALLOYCOATINGSOFDIFFERENTLASERPOWERANDDIFFERENTSCANNINGSPEEDONFV520BSTEELSAMPLESINADDITION,THEINFLUENCELASERPOWERANDSCANNINGSPEEDHAVEONTHEWEARRESISTANCEOFCLADDINGLAYERWASANALYZEDBYMEANSOFHARDNESS,FRICTIONCOEFFICIENT,ANDT
5、HEWEARRESISTINGPROPERTYOFTHESURFACEOFLASERCLADDINGLAYERTHERESULTSSHOWTHATTHELASERPOWERANDSCANNINGVELOCITYWILLINFLUENCETHEWEARRESISTINGPROPERTYOFNICKELBASEALLOYOFFV520BSTAINLESSSTEELWHENTHELASERPOWERIS2500W,ANDSCANNINGSPEEDIS6MM/S,THEFUSIONCOVERINGEFFECTOFCLADDINGLAYERANDTHEWEARRESISTINGPROPERTYWILLB
6、EBESTKEYWORDSFV520BSTAINLESSSTEEL,LASERCLADDING,NICKELBASEALLOYCOATING,FRICTIONPROPERTYFV520B钢激光熔覆镍基合金摩擦学性能分析V目录摘要IIIABSTRACTIV目录V第1章绪论111FV520B不锈钢简介112激光熔覆技术的发展及展望113镍基合金涂层214摩擦学性能215本文研究内容3第2章镍基合金涂层的制备421合金涂层制备设备422激光熔覆的工艺流程423激光熔覆的工艺参数5第3章熔覆过程条件对镍基合金涂层的影响731镍基合组成成分及其作用和性能732激光功率和扫描速度对镍基合金涂层形貌影响73
7、3熔覆过程条件对镍基合金涂层硬度影响1234激光熔覆镍基合金涂层摩擦学性能研究13341摩擦磨损设备13342镍基合金涂层摩擦磨损实验1435镍基合金涂层的摩擦学性能分析16结束语18参考文献19致谢20附录A英文文献21附录B英文文献翻译36西安文理学院本科毕业论文（设计）VIFV520B钢激光熔覆镍基合金摩擦学性能分析1第1章绪论11FV520B不锈钢简介FV520B钢属于马氏体沉淀硬化不锈钢,在特种钢范畴，具有强度很高,韧塑性非常好,较好的耐腐蚀性能和极佳的焊接性能【1】。该特种钢一般用于对材料各方面性能要求比较高的地方比如燃气轮机上的叶片或者轮船上的轮叶,大型压缩机内部的转子,核反应堆
8、的各个结构部件等。此类零件的制造周期较长,生产成本高,如果能对使用坏损后的此类零件进行修复及表面强化处理,则可很好的保障设备的正常运行,达到生产成本下降,经济效益得到提升的目的。同时还可以使设备的性能得到优化。12激光熔覆技术的发展及展望激光熔覆技术是一种激光表面处理和强化技术。对材料表面进行再制造或者修复加工，是一种汇集了光电、机械、计算机、材料学、物理和化学等多门学科的跨越学科新型技术【2】。因其特有的无污染、低能耗、易于自动控制等优势而迅速发展成为一种先进的表面加工技术。该技术经历了二十余年的历程、随着时代进步、高新技术的兴起，高功率激光器、装备智能化控制的不断诞生、以及材料技术的不断升
9、级和改进,都支持着激光熔覆技术不断的应用到更多的工业零部件的强化和再制造中。激光熔覆技术是在激光器的产生后逐渐兴起并得到快速发展的一项新型的表面处理加工以及改性技术。激光熔覆技术是激光加工技术的一个重要应用方面,同时也是成功运用激光技术的体现。是一项新兴的材料表面改性与零件加工技术。同时激光熔覆也是是一种重要的材料表面强化技术，使得在材料原始的基础上，性能得到优化和提升,它的原理是利用高能量密度的激光束在基材金属表面辐照,使基材表面和熔覆材料迅速融化,扩展和迅速凝固,能够在基材表层形成跟基材冶金结合的，具有特殊的物理性能,力学性能或化学性能的材料,从而使基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能
10、得到显著改善。而且激光熔覆还具有可以将高熔点的材料熔覆在低熔点的基材表面的特点,并且材料的成分也不会受到一般的冶金热力学条件的限制,这就使得熔覆材料的采用方面也变的相当广泛,包括镍基、钴基合金、铁基、碳化物复合合金材料、以及陶瓷材料等。目前发展比较成熟的是合金材料和碳化物复合材料的激光熔覆。而且已经在实际中取得了成功应用【3】。西安文理学院本科毕业论文（设计）2激光熔覆技术在零件加工和修复方面有广泛应用,通过在零件表面熔覆高强度的涂层,使得零件的使用寿命得到明显的提高。这样不但使材料的性能得到了优化，而且还可以提高生产效率和降低生产成本。激光熔覆最终所得到的熔覆涂层的性能受激光功率密度，激光束
11、扫描速度，熔覆材料的合金成分以及基体材料等诸因素的影响。其中，熔覆材料是决定熔覆层组性能的主要因素，直接决定激光熔覆所得熔覆层的宏观和微观组织以及机械性能。对于激光熔覆工艺中的供粉方式，一般常用的有预置粉末层法和同步送粉法。其中同步送粉法具有提高熔覆材料对激光的吸收、减少合金成分的稀释和易于控制的优点。13镍基合金涂层镍基合金具有较好的耐腐蚀性、强度、塑性、韧性、冶金稳定性、可加工性及焊接性。使得它在工业中的应用范围逐渐扩大，已被广泛用于航空航天、核电及船舶领域【47】。许多镍基合金还具有卓越的耐热性能，而成为要求耐腐蚀和高温的理想选择。镍基合金涂层和其成分含量有着直接关系，一般镍基合金材料的
12、主要成分有镍（NI）、硼（B）、硅（SI）、碳（C）、铬（CR）、铁（FE）等。部分镍基合金涂层由于硬度较大，熔覆层会产生裂纹。可加入一定质量数的铜（CU）来降低熔覆层的硬度，或者在基材表面先熔覆一层硬度相对较低的过渡层，以此来解决镍基合金涂层的裂纹问题。14摩擦学性能摩擦学性能即是对材料表面的摩擦行为进行研究。在目前很多的器件表面都对材料的摩擦性能有较高的要求，这就要求我们很多时候在利用激光熔覆技术做表面处理和加工时，必须在材料的耐磨性能方面有诸多考虑。对材料表面的摩擦学进行分析，探究材料的摩擦性能主要与其材料本身以及摩擦系数的关系。寻求得到摩擦性能最好的材料，以及对材料表面处理，我们通过改
13、变处理条件使其性能得到优化，从而最大限度的增大材料的耐磨性能。FV520B钢激光熔覆镍基合金摩擦学性能分析315本文研究内容本文主要研究FV520B钢基材表面镍基合金涂层的耐磨性能。试验所用镍基合金自溶性粉末为NI60。采用了控制变量的试验方法，对熔覆条件依次控制激光功率P、扫描速度V、送粉量Q其中的两种工艺参数改变另一种参数。分别在FV520B钢表面熔覆了激光功率为2500W时改变扫描速度V和扫描速度为6MM/S改变激光功率的两组镍基合金涂层。每组做了6个不同参数的涂层，一共12个镍基合金涂层。然后对12中不同的镍基合金涂层进行摩擦学性能分析。得到不同的镍基合金涂层，最后对不同的镍基合金涂层
14、进行摩擦学性能研究。西安文理学院本科毕业论文（设计）4第2章镍基合金涂层的制备21合金涂层制备设备本文采用激光熔覆技术，在FV520B不锈钢表面制备镍基合金涂层。本文采用熔覆系统如图21所示，它由激光器、冷却机组、送粉机和加工工作台构成。其中激光器是为核心部件,本次实验使用的是功率为4000W的光纤激光器。激光器工作原理泵浦源为激光器提供能源，如光、电等,激光工作物质则可以产生光增益，增强能量,谐振腔提供光学正反馈,形成激光模式。21激光熔覆设备激光熔覆设备特点半导体激光波长短、吸收效率高、电光转换率可达45、能量分布均匀、激光位置精确可控、高效率、高可靠性、加工区域全封闭，外部可视监控。22
15、激光熔覆的工艺流程熔覆工艺激光熔覆的方式一般是按照熔覆材料的供给方式来区分，大概可分为两大类,即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。预置式激光熔覆是事先将熔覆材料置于基材表面或者需要熔覆的部位,然后采用高能量激光束辐照扫描，使得熔覆材料熔化后与基材相结合,熔覆材料一般FV520B钢激光熔覆镍基合金摩擦学性能分析5则是以粉、丝、板的形式置于基材表面,其中最为常用则是粉末形式。同步式激光熔覆顾名思义即是激光扫描和送粉同步完成，将熔覆材料直接添加到激光束中,使熔覆和材料供给同时完成。预置式激光熔覆的关键工艺流程为所熔覆基材表面预处理预置熔覆材料预热激光扫描熔化熔覆后热处理。同步式激光熔覆的关键工艺流程为
16、所熔覆基材表面预处理供给材料伴随激光扫描熔覆后热处理。其中同步式熔覆因具有提高熔覆材料对激光的吸收、减少合金成分的稀释和易于控制的优点,因而被广泛应用于各个激光领域中。激光熔覆工艺特点1、零件所修复热影响区域小,不易形变。2、基材能够与熔覆材料稀释,具有高强度的结合。3、可以根据零部件工况的需要,配置特定成分的金属粉末,灵活性很强。4、根据需要对零部件的关键部位或者特殊部位进行熔覆/修复,选择性的提高零件关键部位的机械性能,达到降低材料浪费，降低生产成本、提高经济效益的目的。23激光熔覆的工艺参数激光熔覆是一个复杂的物理过程，熔覆的效果会受到激光功率、扫描速度、送粉量、光斑直径、离焦量、预热温
17、度、载粉气体流量和气压、保护气体流量和气压等参数的影响。这些参数影响着熔覆层的表面粗糙度、稀释率、裂纹程度以及熔覆零件的致密性等。而各个参数之间也不是独立对工艺产生影响的，而是会相互影响,是一个交互错杂的过程,这就要求在工艺中必须采用合理的控制方法将这些参数控制在激光熔覆工艺允许的范围内。在对激光熔覆结果产生影响的众多参数中，其中3个最重要的工艺参数激光功率P、扫描速度V、送分量Q。激光功率P激光功率越大,融化的基材以及合金粉末量越多，融化时间更快,导致产生气孔的概率越大。而且伴随着激光功率的增加,熔覆层的深度也随之增加,金属的稀释率更高，周围大量融化的金属液体剧烈波动,动态凝固结晶,一定程度
18、的使气孔数量逐渐减少甚至有可能得到消除,裂纹也会逐渐减少。但是当熔覆层得深度达到极限后,接下来如果再将功率提高,便适得其反，使基体表面温度过高,大大增加了产生变形和开裂现象发生的几率,然而激光功率过小,又会致使仅表面涂层粉末融化,基体却无法很好的熔化,这种情况下，基材和熔覆材料不能很好的结合，导致熔覆层表面便会出现局部起球和空洞等,便达不到我们需要的表面熔覆目的。西安文理学院本科毕业论文（设计）6扫描速度V扫描速度与激光功率有相似的影响。当扫描速度过高,激光持续时间变短，则会使合金粉末和基材表面的稀释程度不够,从而无法很好的相结合，不能起到优质熔覆的效果而扫描速度太低,激光扫描存在时间过长,温
19、度太高导致粉末过烧,合金元素会有损失,同时基体的温度过高也会,会增加变形量。送粉量Q在激光功率和扫描速度确定的情况下、送粉量直接决定了熔覆层厚度。激光熔覆参数不管是在熔覆层的宏观还是微观上都不是独立的影响,而是相互影响的。我们把熔覆过程中的激光功率、扫描速度和送粉量结合起来考虑，即在基材表面的单位面积熔覆量和稀释率影响着激光熔覆的结果。为了达到更好的熔覆效果，我们必须将激光功率密度和扫描速度等诸多因素综合在一起考虑。激光熔覆的稀释率和激光能量大小和扫描速度以及送分量有着直接关系。在激光功率相同的条件下,熔覆层稀释率便直接被扫描速度影响，会随着扫描速度的增大而减小,当扫描速度和送粉量一定时,熔覆
20、层稀释率便会随激光功率的增大而增大。并且随着扫描速度和激光功率的变化,基材的融化深度也会受到影响,基体材料对熔覆层的稀释率也会有所影响。再回到激光熔覆中,由于激光熔覆每次扫描的宽度有限，在熔覆面积较大的情况下，激光熔覆一次扫描不能完成作业，就会通过多次扫描然后互相搭接来完成，每次扫描的熔覆层之间都会相互搭接，就会使每一道熔覆层之间相互搭接区域的深度与未搭接的熔覆层正中的深度会产生不同,这样便会影响了整个熔覆层的均匀性。并且多道搭接熔覆的参与更会使这种不均匀性叠加。FV520B钢激光熔覆镍基合金摩擦学性能分析7第3章熔覆过程条件对镍基合金涂层的影响31镍基合组成成分及其作用和性能本文采用激光熔覆
21、技术在FV520B不锈钢基材表面制备镍基合金涂层，镍基合金粉末中NI60为主要成分，其它成分如表31所示。表31NI60成分含量元素CRBSIFECNI含量（质量数）1635451512余量合金粉末主要成分作用NI作为镍基合金粉末主要元素，起到了使合金粉末的液固相温度区间变宽使熔覆材料的熔点明显的降低，在熔覆过程中对激光能量的需求便没那么高，使得熔覆工艺更容易完成。与此同时NI还能够起到使粉末的熔覆工艺性能提高，以及高温性能和抗裂性能得到提升的作用。SI则能够提高涂层的硬度,而且有B元素的存在,B与SI便会使粉末产生自熔性,在自熔性合金粉末中,SI、B元素同时具有自行成渣的特性,起到自保护作用
22、。而合金中加入CR则使熔覆层的硬度、耐腐蚀性以及熔覆层的耐磨性得到显著提高。作为镍基合金粉末主要元素，有使液固相温度区间变宽,能够明显的降低材料的熔点。与此同时NI还能够起到使粉末的熔覆工艺性能提高，以及高温性能和抗裂性能得到提升。SI则能够提高涂层的硬度,而且有B元素的存在,B与SI便会使粉末产生自熔性,在自熔性合金粉末中,SI、B元素同时具有自行成渣的特性,起到自保护作用。而合金中加入CR则使熔覆层的硬度、耐腐蚀性以及熔覆层的耐磨性得到显著提高。粉末选择球形颗粒粉末,球形粉末的流动性很好,同时在粉末从送粉器中到达工件表面时，球形粉末流动更加顺畅,从而使粉嘴不会堵塞。其中硼B含量对粉末形貌的
23、影响十分显著。当硼B含量大于15时,则会在雾化时使合金熔滴易收缩成球形,更容易形成球化较好的粉末,反之、粉末含硼量比较低的后,粉末的颗粒中不规则的形状便会随之增多。32激光功率和扫描速度对镍基合金涂层形貌影响在对FV520B不锈钢表面熔覆镍基合金涂层做摩擦学性能分析时，先运用控制变量法做了激光功率对熔覆层的影响和扫描速度对熔覆层的影响两组样品，然西安文理学院本科毕业论文（设计）8后对熔覆层的宏观现象以及相关性能做了分析。两组样品均是在送粉速度为Q30G/MIN的条件下进行的。1、当扫描速度固定为V6MM/S时改变激光功率P，P的参数如表32所示；当激光功率固定为P2500W时改变扫描速度V，V
24、的参数如表33所示表32激光功率参数序号123456P（W）290027002500230020001800表33扫描速度参数序号123456V（MM/S）456789当扫描速度选定为V6MM/S，不同激光功率下熔覆的效果如图31所示；当激光功率选定为P2500W，不同扫描速度下熔覆的效果如图32所示AP2900WBP2700WCP2500WDP2300WEP2000WFP1800W图31不同激光功率下熔覆效果图FV520B钢激光熔覆镍基合金摩擦学性能分析9AV4MM/SBV5MM/SCV6MM/SEV7MM/SDV8MM/SFV9MM/S图32不同扫描速度下的熔覆效果图根据熔覆层形貌可知在不
25、同的条件下，熔覆层和基材的结合度以及每个熔覆层的搭接率也有所不同。通过图31的A图、F图与C图对比，熔覆层与基材的结合效果相差很大，A图和F图结合处的球状合金涂层较多，熔覆层结合比较松散，搭接率偏差。C图则比较平滑，熔覆层结合较为紧凑，搭接率较好。在图32中，随着扫描速度的增大，熔覆层边缘的粗糙程度变化很大。A图和F图相比C图熔覆层边缘明显粗糙的多。即熔覆层在扫描速度4MM/S和9MM/S时，熔覆层结合度和搭接率均较差，在扫描速度6MM/S时，熔覆层的结合度和搭接率相对较好。再对熔覆层图像进行放大处理，做进一步分析。改变激光功率熔覆层表面的裂纹状态如图33所示。改变扫描速度熔覆层表面裂纹状态如
26、图34所示。AP2900W西安文理学院本科毕业论文（设计）10BP2500WCP1800W图33不同激光功率熔覆层表面状态AV4MM/SFV520B钢激光熔覆镍基合金摩擦学性能分析11BV6MM/SCV9MM/S图34不同扫描速度熔覆层表面状态由图33和图34可知，激光熔覆过程中，镍基合金表面都出现了不同程度的裂纹现象。在激光功率为2500W，扫描速度为6MM/S时，熔覆层表面的裂纹较少，在扫描速度为6MM/S，激光功率为2900W和1800W；激光功率为2500W，扫描速度为4MM/S和9MM/S时，熔覆层的裂纹均较多。说明熔覆层的裂纹现象跟激光功率和扫描速度有着直接联系。合金涂层产生裂纹是
27、由于NI60合金粉末熔覆层硬度较大，在熔覆过程中，当激光扫描离开时，温度的骤降导致熔覆层出现崩裂现象。而在不同的样品上结合效果和搭接率的不同以及崩裂程度不同的原因，下面做具体分析。在扫描速度固定不变改变激光功率时当扫描速度和送粉量一定时,在不同的激光功率下,熔覆层稀释率就会会随着激光功率增大而增大。熔覆深度也会随着激光功率的增大而变大。此时熔覆层的结合度和搭接率较好。当激光功率偏小时,熔覆层的稀释率下降,导致粉末稀释不到位,熔覆深度和搭接效果下降，熔覆材料和基材的结合度也下降，熔覆层和基材的结合处出现众多球型熔覆颗粒。西安文理学院本科毕业论文（设计）12在熔覆层的崩裂程度上,当激光功率为250
28、0W、扫描速度为6MM/S时,熔覆层表面裂纹最少,随着激光功率和扫描速度的增大或者减小,熔覆层上的裂纹呈现增加的趋势。在扫描速度固定不变改变激光功率时熔覆层的稀释率便会随着激光功率增大而增大。同时由于激光功率大小的不同，熔覆温度也有差异，从而直接影响了熔覆层与基材的结合度、自身的搭接率和表面崩裂程度。当激光功率和送粉量一定时,熔覆层的稀释率和熔覆深度便会随着扫描速度增大而减小,熔覆层与基材的结合度、自身的搭接效果和表面崩裂程度受到直接的影响,而且在激光功率固定时，由于扫描速度的变大,熔覆层的厚度变小。这也导致熔覆层边缘的结合度和搭接率不同，同时熔覆层表面裂纹现象也受到直接影响。33熔覆过程条件
29、对镍基合金涂层硬度影响将熔覆层样品表面磨平抛光，再进行硬度测试，测试时使用的参数如表34所示。不同扫描速度熔覆层表面的维氏硬度如表35所示表34硬度测试实验参数物镜倍率40X试验力300GF保荷时间15S表面形状平面表35不同扫描速度熔覆层表面的维氏硬度HVV456789188109772857780868810950028353998382458086869293043852099938245808688109434平均数856199168356808687719413FV520B钢激光熔覆镍基合金摩擦学性能分析134567898008509009501000HVV/MM/SB图35硬度与扫
30、描速度的关系镍基合金涂层硬度随着扫描速度的变化的函数图像如图35所示。综合表35的数据可以得出，镍基合金涂层的硬度较高，而且熔覆条件可以很大程度的影响合金涂层的硬度大小。由图35可知其硬度并不和扫描速度的变化呈现线性关系，在所做的六组样品中扫描速度为5MM/S时，合金涂层的硬度最大，在扫描速度为7MM/S时硬度最小。而且在扫描速度由47和79的变化时，硬度的的跳跃很大。34激光熔覆镍基合金涂层摩擦学性能研究341摩擦磨损设备本文采用由图34所示的HT1000型高温摩擦磨损试验机来测试熔覆层表面的摩檫系数，该设备可用于测量不同温度下材料表面的摩擦系数。HT1000型高温摩擦磨损试验机主要技术指标
31、如表36所示。西安文理学院本科毕业论文（设计）14图36HT1000型高温摩擦磨损试验机表36摩擦磨损试验机技术指标摩擦副主轴转速100R/MIN2800R/MIN无极调速试验温度室温1000实验载荷范围50G2000G摩擦对偶球尺寸4MM6MM样品盘尺寸80MM样品尺寸直径8MM60MM，厚度05MM15MM环境气氛N2、CO2、HE等惰性气体342镍基合金涂层摩擦磨损实验前面已经测试得到镍基合金涂层的硬度较高，镍基合金涂层在用途上多用于耐磨、耐腐蚀性材料表面加工，而其摩擦学性能受到诸多因素的影响，对比镍基合金涂层的硬度测试，除了镍基合金粉末成分自身的影响之外，熔覆条件对其摩擦学性能也应有一
32、定的影响。为了研究镍基合金涂层的摩擦学性能，本文测试了不同扫描速度下镍基合金熔覆层表面的摩擦系数。实验过程中，设定参数如表37所示。表37摩擦磨损实验条件时间40MINFV520B钢激光熔覆镍基合金摩擦学性能分析15载荷150G对磨材料SI3N4电机频率10HZ摩擦系数限值1摩擦半径2MM测试温度室温（256）不同扫描速度下熔覆层表面的摩檫系数随时间的关系如图35所示。05101520253035400001020304050607080910CONEFFICIENTOFFRICTIONT/MIN105101520253035400001020304050607080910CONEFFICIE
33、NTOFFRICTIONT/MIN2（A）V4MM/S（B）V5MM/S0510152025303540000204060810CONEFFICIENTOFFRICTIONT/MIN3010203040000204060810CONEFFICIENTOFFRICTIONT/MIN4CV6MM/SDV7MM/S05101520253035400001020304050607080910COEFFICIENTOFFRICTIONT/MIN5EV8MM/S图37不同扫描速度下摩擦系数随时间变化关系图西安文理学院本科毕业论文（设计）16由图37样品在摩擦磨损实验中摩擦系数随着时间变化关系可以得到结论并
34、进行分析1、所有图像结果显示初始摩擦系数均偏小，然后慢慢变大，达到一定程度后，图像在一直线附近波动，即摩擦稀释趋近于某一稳定值。分析原因由于实验条件要求，在做摩擦磨损实验前，对所有样品表面做了抛光处理，所以实验结果数据显示初始摩擦系数均较小，及镍基合金熔覆层实验样品表面摩擦系数较小，当表面抛光处理部分磨掉之后，摩擦系数便趋于正常，即我们需要的镍基合金涂层真正的摩擦系数。2、在其他条件相同，只改变扫描速度的情况下得到的样品做摩擦磨损实验，不同的扫描速度下所得样品摩擦系数有所变化。及扫描速度对熔覆层的摩擦系数有一定的影响。分析原因由于在激光功率和送粉量等熔覆条件相同的情况下，改变扫描速度即相当于改
35、变了激光跟镍基合金粉末和基材表层接触的时间，由于激光功率一定，改变接触时间，即改变了合金粉末的稀释率，从而对熔覆层和表面的熔覆效果跟熔覆层的硬度等性能产生了影响。3、在所做样品试验中，扫描速度为6MM/每秒时，所得摩擦系数较小，在扫描速度为8MM/S时，所得摩擦系数最大。分析原因由于摩擦力FN，即摩擦系数只和接触面的粗糙程度压力有关。而在相同载荷的条件下，及压力相同，则摩擦系数只取决于接触面的粗糙程度，即接触面越光滑，摩擦系数越小，则说明在扫描速度为6MM/S的条件下，所得熔覆层的质地更加紧密，在磨合后更加光滑，也从侧面应证了当扫描速度为6MM/S时，熔覆层的熔覆效果较好。4、通过图像显示，在
36、摩擦系数趋于稳定后，摩擦系数仍时刻处于在一定范围内波动，波动幅度也有所变化。偶尔会出现大幅度的波动。原因分析通过对做了抛光处理的镍基合金样品表面观察发现，在不同扫描速度下的样品表面均有不同程度的气孔和裂纹，这也是由于镍基合金粉末自身所致，在熔覆过程中由粉末中所含有的少量的水分而成的，为熔覆层的常见现象，前面也已经提到了，由于镍基合金涂层的硬度较高所导致的崩裂现象。从基材表面与合金涂层的结合图像的显示到对合金涂层硬度以及摩擦系数的测量，都验证了熔覆过程条件与熔覆涂层的性能有着密不可分的联系。同时也告诉了我们，可以通过控制激光熔覆的过程参数来控制合金熔覆层的相关性能，从而使材料被更好的利用。35镍
37、基合金涂层的摩擦学性能分析在得出镍基合金涂层摩擦磨损实验结果后，由实验结果来对其的摩擦学性能FV520B钢激光熔覆镍基合金摩擦学性能分析17进行分析结合样品实验测定的数据以及32样品表面图像的显示，当熔覆层的硬度越大，其越容易产生裂纹。结合相关材料和有关工程人员得到如下结果，熔覆层产生裂纹的原因一个是自身硬度太高，另一个就是当激光扫描结束后，由于冷却速度较快，温差较大而产生崩裂现象。笔者就解决这种熔覆层的裂纹现象有如下看法，既然熔覆层的裂纹现象是由硬度过高和瞬时温差导致的，那么为了降低这种裂纹现象，可以选择降低熔覆层的硬度，或者使激光扫描结束后熔覆层的温度慢慢降下来。解决方法就有可在镍基合金粉
38、末中加入适量的CU降低镍基合金熔覆层的硬度，或者对熔覆基材提供保温措施，使熔覆后温度不会骤变，以减少崩裂现象。镍基合金因其卓越的性能而常被用于耐磨和耐腐蚀产品表面，因此，怎样更好的提升镍基合金的耐磨和耐腐蚀性将对其性能的提升和实际应用提供更好的发展前景。本文就其耐磨性进行笔者的个人见解和说明。摩擦力本身具有两面性，任何受力的接触面之间都有摩擦力的存在，有正摩擦力即我们所需要的、能产生正面影响、对我们有利的摩擦力，和反摩擦力即需要尽量减少甚至消除、会产生负面影响、对我们不利的摩擦力。在物体的耐磨方面，要是其表面耐磨性更强，就应尽量减少摩擦、降低摩擦力。摩擦力FN可知，降低摩擦力只能选择降低摩擦系
39、数或者降低接触面的压力N。在接触面的压力N固定无法改变时，我们只能通过降低接触面材料的摩擦系数来减少摩擦力。由于摩擦系数为材料的固有属性，当镍基合金材料成分已经确定，需要改变其摩擦系数，只能通过改变合金涂层表面的粗糙程度来改变摩擦系数，通过实验我们已经发现，激光熔覆的过程条件对镍基合金涂层的硬度及其表面的光滑程度有很大的影响，即可以通过改变熔覆条件来改变镍基合金涂层的摩擦系数。通过实验镍基合金样品显示，在扫描速度为4MM/S、5MM/S、6MM/S、7MM/S、8MM/S五种情况下，扫描速度为8MM/S时摩擦系数有最大值，在扫描速度6MM/S时摩擦系数有最小值。在所做实验样品中，镍基合金熔覆层
40、的摩擦系数在扫描速度变大的情况下，以6MM/S为界限，当扫描速度在6MM/S的基础上变大或者减小时，摩擦系数都呈现出增大的趋势。结合摩擦力的定义以及激光功率和扫描速度对镍基合金涂层的熔覆效果和硬度等的影响，我们可以说，在所做实验样品中，当激光熔覆条件其他保持相同扫描速度为6MM/S时，镍基合金熔覆层的摩擦性能最好。而其他熔覆条件对熔覆层性能的影响，则需进一步探究。西安文理学院本科毕业论文（设计）18结束语本文通过改变激光熔覆工艺参数在FV520B钢表层得到多个不同镍基合金涂层，通过对不同镍基合金涂层的硬度以及摩擦系数分析，研究了FV520B钢激光熔覆镍基合金摩擦学性能。激光熔覆工艺参数中，激光
41、功率和扫描速度对熔覆层的外貌以及涂层的搭接率和熔覆效果产生了明显影响，只有在与材料相匹配的激光功率和扫描速度下，才能够得到搭接率以及熔覆效果较好的熔覆层，外貌上裂纹也较少，显得也比较光滑。本文所做的实验样品中，在激光功率2500W、扫描速度6MM/S的工艺条件下，所得到的镍基合金熔覆涂层显示的各方面效果均较好。还利用改变扫描速度得到的熔覆涂层样品探究了扫描速度对熔覆层的硬度以及摩擦系数的影响。发现在所做涂层样品的硬度与摩擦系数在随着扫描速度的改变而改变时，均不呈现线性变化。在随着扫描速度增大的情况下，熔覆层的硬度和扫描速度都是先减小，后增大的趋势。通过和熔覆层外貌的对比我们也发现，当熔覆层的硬
42、度过高时，熔覆层表面的裂纹现象趋于严重。只有把熔覆涂层的硬度控制在合理的范围内，才能尽量的减少涂层表层的裂纹。扫描速度对熔覆层的摩擦系数也有着很大的影响。在不同的扫描速度下，熔覆层的摩擦系数变化很大。在扫描速度为6MM/S时，熔覆层的摩擦系数偏小。FV520B钢由于自身性能优越而立身于特种钢行列，并且通过激光熔覆技术对基材进行表面处理，可以大幅提高钢体的表面性能，可以使得这种特种钢材的服役时间更长。同时在对受损伤的器件修复方面也有着卓越的表现。而本文的实验分析得出，只有合理的熔覆条件以及各个熔覆条件相匹配的情况下，我们才可以得到各方面性能都处于最佳的熔覆层。我们便可以通过控制和改变熔覆条件来增
43、强我们所需要的性能，减少甚至避免对我们需求不利的影响。这也意味着激光熔覆技术还有不断提升和创新的空间。而在对材料的性能提升上，也将永不止步。FV520B钢激光熔覆镍基合金摩擦学性能分析19参考文献1徐滨士，方金祥，董世运，刘晓亭，闫世兴，宋超群，夏丹，FV520B激光熔覆热影响区组织演变及其对力学性能的影响金属学报201612张静，QT6003铸铁件表面激光熔覆工艺研究湖南大学材料加工工程，20103沈宇，关一青，白松，李刚，激光熔覆技术的发展现状及展望辽宁辽宁工程技术大学，2011344涂义，张永忠，席明哲，不锈钢表面激光熔覆镍基合金层研究北京稀有金属2008105董刚，严彪，邓琦林，余延，
44、合金成分对镍基合金激光熔覆涂层组织与性能的影响材料科学与工程学报20116唐英，杨杰，激光熔覆镍基粉末涂层的研究天津热加工工艺2004027路程，刘江文，马文有，陈和兴，激光熔覆镍基合金层的组织与高温耐磨性能广东广州科技关注2012028蔡斌，谭业发，蒋国良，徐婷，谭华，周春华，（W,TI）C/石墨/镍基合金复合涂层摩擦磨损性能研究江苏南京兵工学报20119袁庆龙，冯旭东，曹晶晶，苏志俊，激光熔覆镍基合金涂层微观组织研究河南中国激光20100810罗勋，宣天鹏，镍基合金耐磨镀覆层的研究现状及进展安徽电镀与环保200703西安文理学院本科毕业论文（设计）20致谢历时两个多月的时间终于将这篇论文写
45、完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师付福兴老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版等过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师
46、和学友批评和指正金彪彪FV520B钢激光熔覆镍基合金摩擦学性能分析21附录A英文文献LASERCLADDINGOFNI/CU/ALFUNCTIONALLYGRADEDCOATINGONMAGNESIUMSUBSTRATETMYUE,TLITHEADVANCEDMANUFACTURINGTECHNOLOGYRESEARCHCENTRE,DEPARTMENTOFINDUSTRIALANDSYSTEMSENGINEERING,THEHONGKONGPOLYTECHNICUNIVERSITY,HUNGHOM,HONGKONG,CHINARECEIVED19JULY2007ACCEPTEDINREVIS
47、EDFORM5NOVEMBER2007AVAILABLEONLINE12NOVEMBER2007ABSTRACTLASERCLADDINGOFGRADEDMULTILAYERNI/CU/ALCOATINGSONMAGNESIUMSUBSTRATESWASPERFORMEDWITHTHEAIMOFIMPROVINGTHEINHERENTLYLOWCORROSIONANDWEARRESISTANCEOFMAGNESIUMTHEQUALITYOFTHECOATINGWASFOUNDTOBEGOODTHEINTERFACESBETWEENTHEDIFFERENTLAYERSAREGENERALLYFR
48、EEFROMANYMAJORSOLIDIFICATIONDEFECTSSUCHASPOROSITYANDCRACKSDESPITETHEFACTTHATCONSIDERABLEMIXINGHADOCCURREDINTHEALLAYER,THETOPNILAYERWASFREEFROMALANDMGTHETOPNILAYERCOMPRISESASINGLESOLIDSOLUTIONNIPHASEITSCORROSIONANDWEARRESISTANCEWASFOUNDTOBEEXCELLENTTHEWEARPROPERTIESOFTHECOATINGWEREEXPLAINEDINTERMSOFS
49、TACKINGFAULTENERGYANDTHERATIOOFHARDNESSTOELASTICMODULUS2007ELSEVIERBVALLRIGHTSRESERVEDKEYWORDSLASERCLADDINGMAGNESIUMCORROSIONWEAR1INTRODUCTIONLIGHTWEIGHT,HIGHSTRENGTHTOWEIGHTRATIO,GOODCASTABILITYANDMACHINABILITYHAVEMADEMAGNESIUMALLOYSIDEALCANDIDATESFORAUTOMOTIVE,AEROSPACE,ELECTRONIC,ANDSPORTSPRODUCTSINDEED,MANYENGINEERINGCOMPONENTSANDSPORTSPRODUCTSHAVEBEENSUCCESSFULLYPRODUCEDINMGALLOYS1,BUTTHEIRPOSITIONSARECONSTANTLYUNDER西安文理学院本科毕业论文（设计）22SERIOUSTHREATBECAUSEOFTHEIRHIGHSUSCEPTIBILITYTOCORROSIONASWELLASTHEIRRELATIVELYPOORWEARERSISTANCE1FACINGTHISCHALLENGE,THEREISALWAYSAPRESSINGNEED
