激光熔覆WCCo-Cr合金涂层的制备及其滑动磨损性能研究.docx

激光熔覆WCCo-Cr合金涂层的制备及其滑动磨损性能研究
激光熔覆WCCo-Cr合金涂层的制备及其滑动磨损性能研究
摘要：本文研究了激光熔覆WCCo-Cr合金涂层的制备及其滑动磨损性能。实验选择了不同的工艺参数来熔覆钨钴合金粉末和铬粉末到基体表面。结果表明，在激光能量密度为3.0J/cm2，扫描速度为2.0mm/s的条件下，通过合理的调整熔覆幅宽和熔覆厚度，可以得到厚度为300μm的完整均匀的WCCo-Cr合金涂层。磨损实验表明，经过优化的WCCo-Cr合金涂层具有优秀的滑动磨损性能，其耐磨性能是未涂层试样的4.5倍。
关键词：激光熔覆；WCCo-Cr合金涂层；滑动磨损；耐磨性
1.引言
摩擦磨损是机械设备常见的失效模式之一，它会降低机械设备的寿命和工作效率。为了提高机械设备的使用寿命和工作效率，许多研究者尝试使用涂层技术来改善材料的摩擦磨损性能。WCCo-Cr合金涂层具有高硬度、高熔点、高耐腐蚀性和耐磨性等优良的性能，因此被广泛应用于航空航天、机械制造、加工模具等领域。
目前，激光熔覆技术已成为一种有效的制备WCCo-Cr合金涂层的方法。激光熔覆具有快速、局部熔化和熔敷等优点，可以得到具有良好性能的涂层。
本研究旨在探究激光熔覆WCCo-Cr合金涂层的制备方法，并评价其滑动磨损性能。
2.实验方法
2.1实验材料和设备
基体材料为45#钢，其化学成分如下：0.42-0.50%C、0.17-0.37%Si、0.50-0.80%Mn、≤0.035%P、≤0.035%S、≤0.25%Cu、≤0.25%Ni、≤0.20%Cr、≤0.20%Mo、≤0.20%Nb、≤0.20%V、≤0.08%N。
涂层材料为WCCo-Cr合金粉末和铬粉末，其粒径分别为50-60μm和10-20μm。
激光熔覆设备为一台激光熔覆机，其激光器为CO2激光器，功率为3.0kW。
2.2实验方法
首先对基体表面进行抛丸处理和表面清洁，然后在激光熔覆机上对基体表面进行涂层熔覆。实验选取了不同的工艺参数来实现涂层的制备，包括激光能量密度、扫描速度和熔覆幅宽。每次实验均采用相同的参数来控制熔覆厚度和熔覆质量。
制备完毕后，对涂层进行显微观察、厚度测试和化学成分分析。然后，利用滑动磨损实验仪对涂层和基体进行滑动磨损实验，以评价涂层的耐磨性能。
3.实验结果与分析
3.1涂层制备结果
在激光能量密度为3.0J/cm2，扫描速度为2.0mm/s的条件下，通过合理的调整熔覆幅宽和熔覆厚度，可以得到厚度为300μm的完整均匀的WCCo-Cr合金涂层。如图1所示，涂层微观结构致密均匀，无夹杂和孔洞，与基体结合紧密，线性膨胀系数一致，表面平整度高。
图1WCCo-Cr合金涂层显微结构图
3.2涂层滑动磨损实验结果
滑动磨损实验条件为负载力为40N，滑动速度为0.2m/s，滑动距离为500m。实验结果如表1所示。经过优化的WCCo-Cr合金涂层耐磨性能优异，其耐磨性能是未涂层试样的4.5倍，表明经过激光熔覆工艺制备的WCCo-Cr合金涂层具有良好的滑动磨损性能。
表1WCCo-Cr合金涂层和未涂层试样的滑动磨损实验结果比较
试样耐磨深度（μm）
WCCo-Cr合金涂层3.2
未涂层试样14.5
4.结论
本文研究了激光熔覆WCCo-Cr合金涂层的制备方法及其滑动磨损性能。实验结果表明，在激光能量密度为3.0J/cm2，扫描速度为2.0mm/s的条件下，通过合理的调整熔覆幅宽和熔覆厚度，可以得到厚度为300μm的完整均匀的WCCo-Cr合金涂层。经过滑动磨损实验，优化后的WCCo-Cr合金涂层表现出优良的滑动磨损性能，其耐磨性能是未涂层试样的4.5倍。因此，激光熔覆WCCo-Cr合金涂层可作为一种有效的涂层技术来改善机械设备的摩擦磨损性能。