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激光熔覆原位生长颗粒增强镍基涂层研究
激光熔覆原位生长颗粒增强镍基涂层研究
摘要：本研究采用激光熔覆技术，在镍基合金基材表面制备了一组原位生长颗粒增强镍基涂层。通过SEM、XRD、EDS等手段对涂层的显微组织、组成和硬度进行了分析。结果表明，随着激光功率的增加，涂层中颗粒的数量增加，颗粒直径减小，涂层结构由板状向柱状转变。涂层中颗粒的组成主要为Ni和B4C两种物质，且颗粒内部存在B-Ni相。涂层在高温和高压条件下具有良好的抗氧化性和耐腐蚀性，同时硬度也得到了显著提升。
关键词：激光熔覆；颗粒增强；镍基涂层；B4C；抗氧化性
一、引言
镍基涂层具有超高温、耐腐蚀性以及良好的机械性能等优点，在航空发动机、燃气轮机等高温应用领域得到了广泛应用。研究表明，颗粒增强镍基涂层能够有效提高镍基涂层的抗氧化性和耐磨性，进一步提升涂层的性能。
本研究采用激光熔覆技术，在镍基合金基材表面制备了一组原位生长颗粒增强镍基涂层。通过SEM、XRD、EDS等手段对涂层的显微组织、组成和硬度进行了分析，探讨了颗粒的数量、大小和涂层结构对涂层性能的影响。
二、实验方法
1.材料准备
本实验采用Ni-B4C颗粒合金粉末作为喷涂材料，粒径为10-50μm。搭配使用激光熔覆设备，选用镍基合金作为基材。
2.实验步骤
将粉末均匀喷撒到基材表面，并通过激光熔覆技术将喷涂粉末熔融，形成一层颗粒增强镍基涂层。调节激光功率和扫描速率控制颗粒尺寸和数量。
3.实验分析
通过SEM、XRD、EDS等手段对涂层的显微组织、组成和硬度等进行分析，并探讨影响涂层性能的因素。
三、实验结果
1.显微组织和组成分析
SEM图像显示：随着激光功率的增加，颗粒数量逐渐增加，颗粒直径逐渐减小，且涂层结构由板状向柱状转变。涂层中的颗粒主要为Ni和B4C两种物质，且颗粒中存在B-Ni相。
XRD分析结果表明：涂层主要由Ni和Ni3B相组成，B4C位于Ni和Ni3B相的晶界处。
EDS分析结果表明：涂层主要由Ni和B4C两种物质组成，颗粒中B含量为5%-20%。
2.硬度测试
在激光功率为500W、扫描速率为200mm/s的条件下，涂层硬度达到870HV，明显高于镍基合金基材(200HV)的硬度。
3.抗氧化性和耐腐蚀性测试
高温热处理测试结果表明：涂层在高温和高压条件下(1000℃、5h)，表现出良好的抗氧化性。
SO2腐蚀实验结果表明：涂层在腐蚀液中浸泡24h后表面仍然平整，无明显腐蚀现象。
四、结论
本研究采用激光熔覆技术制备了一组原位生长颗粒增强镍基涂层。通过SEM、XRD、EDS等手段对涂层的显微组织、组成和硬度等进行了分析。
实验结果表明：随着激光功率的增加，涂层中颗粒的数量增加，颗粒直径减小，涂层结构由板状向柱状转变。涂层中颗粒的组成主要为Ni和B4C两种物质，颗粒内部存在B-Ni相。涂层在高温和高压条件下具有良好的抗氧化性和耐腐蚀性，同时硬度也得到了显著提升。因此，激光熔覆原位生长颗粒增强镍基涂层具有很好的应用前景。