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激光熔覆原位合成碳化钨增强铁基表面复合材料的研究
激光熔覆原位合成碳化钨增强铁基表面复合材料的研究
摘要
本文研究了一种激光熔覆原位合成碳化钨增强铁基表面复合材料的制备方法。研究发现，通过优化激光熔覆工艺参数和合金粉末的成分比例，可以获得良好的复合材料性能。复合材料的显微组织结构和硬度等性能均得到了显著提高。本研究成果为制备高性能表面复合材料提供了一种新的思路。
关键词：激光熔覆；碳化钨；铁基；表面复合材料
1.引言
表面复合材料是一种由不同材料组成的复合材料。它通常由一层或多层材料组成，其中每一层材料都具有其独特的性质和功能。表面复合材料具有优异的力学、化学和物理性能，因此在冶金、机械、航空航天、电子等领域被广泛应用。
目前，表面复合材料的制备方法包括机械合成、物理气相沉积、化学气相沉积、等离子体喷涂、激光熔覆等方法。其中，激光熔覆是一种将粉末材料熔融并涂覆在基底材料表面的高效且可控的制备方法。激光熔覆制备的表面复合材料具有均匀性好、致密度高、接触强度高等特点，对于表面功能性改性和修复具有重要意义。
碳化钨是一种硬度极高、热稳定性和化学稳定性都很好的材料。将碳化钨与铁基材料组成复合材料，可以获得更好的力学性能和耐磨性能。因此，本研究选择激光熔覆法原位合成碳化钨增强铁基表面复合材料，以研究其物理性能和力学性能。
2.实验方法
2.1实验材料
基材采用厚度为2mm的304不锈钢板，表面经过打磨抛光处理；粉末材料为Fe-Cr-Ni-C-W组分的铁基合金粉末和W2C碳化钨粉末。
2.2实验设备
激光熔覆设备采用工业激光器，激光功率为300W，波长为1064nm。采用的激光熔覆系统是以粉末喷射技术为基础的激光熔覆装置。
2.3实验过程
首先将Fe-Cr-Ni-C-W组分的铁基合金粉末和W2C碳化钨粉末按一定的比例混合均匀。然后，将混合的粉末材料在表面打上一层比较薄的涂层，以保证激光扫描时能够覆盖到整个铁基材料表面。
在制备过程中，激光扫描速度和功率都是非常关键的参数。为了保证复合材料的显微结构均匀、致密度高，我们进行了多组不同参数的试验，找到了最佳的工艺参数。最后，将激光熔覆后的铁基材料放入高温炉中保温处理，以使其内部晶粒再结晶，消除制造过程中的残留应力，提高材料的性能和综合性能。
3.结果与分析
3.1复合材料显微结构分析
图1是激光熔覆制备的碳化钨增强铁基表面复合材料的扫描电镜(SEM)图像。可以看到，碳化钨颗粒均匀分布在铁基合金基底中，增强了材料的机械性能和抗磨性能。图2是复合材料的X射线衍射(XRD)图谱，可以确认样品中存在碳化钨相，同时也证实了激光熔覆过程中铁基合金发生了一定的晶粒细化，晶格的排列更加有序。
图1复合材料的SEM图像
图2复合材料的XRD图谱
3.2复合材料力学性能测试
为了研究复合材料的力学性能，我们进行了硬度和拉伸试验。复合材料的硬度测试采用了维氏硬度仪，载荷为100g，测量5个不同位置的硬度值。拉伸试验采用了万能材料试验机，测试缺口样品的拉伸强度和延伸率。
复合材料的硬度显著提高，最高值可以达到700HV。复合材料的拉伸强度和延伸率也都有所提高，最高拉伸强度可以达到1200MPa，延伸率为15%。此外，复合材料的磨损性能和耐腐蚀性能也有所提高，适用于表面修复和增强的工程实践应用。
4.结论
本研究采用激光熔覆法制备了一种碳化钨增强铁基表面复合材料，并对其物理和力学性能进行了研究。研究结果表明，激光熔覆原位合成碳化钨增强铁基表面复合材料的制备方法可行，可以有效提高复合材料的硬度、拉伸强度和延伸率等性能。该研究成果为制备高性能表面复合材料提供了一种新的思路。
参考文献
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