1、FV520B 钢激光熔覆镍基合金摩擦学性能分析I分类号 TG174.4 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
2、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
3、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 FV520B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）IVABSTRACTFV520B stainless steel is a kind of special steel, which is widely used in the aspects which have high demandon the surface proper
4、ty of material, especially the wear-resisting property. In order to improve the wear-resisting of the material, this graduation design adopts laser cladding technology to make nickel base alloy coatings of different laser power and different scanning speed on FV520B steel samples. In addition, the i
5、nfluence laser power and scanning speed have on the wear resistance of cladding layer was analyzed by means of hardness, friction coefficient, and the wear-resisting property of the surface of laser cladding layer. The results show that the laser power and scanning velocity will influence the wear-r
6、esisting property of nickel base alloy of FV520B stainless steel. When the laser power is 2500W, and scanning speed is 6mm / s, the fusion covering effect of cladding layer and the wear-resisting property will be best.Key words: FV520B Stainless Steel, Laser Cladding ,Nickel Base Alloy Coating ,Fric
7、tion PropertyFV520B 钢激光熔覆镍基合金摩擦学性能分析V目录摘 要 .IIIABSTRACT .IV目录 .V第 1 章 绪论 .11.1 FV520B不锈钢简介 .11.2 激光熔覆技术的发展及展望 .11.3 镍基合金涂层 .21.4 摩擦学性能 .21.5 本文研究内容 .3第 2 章 镍基合金涂层的制备 .42.1 合金涂层制备设备 .42.2 激光熔覆的工艺流程 .42.3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 .73.1 镍基合组成成分及其作用和性能 .73.2 激光功率和扫描速度对镍基合金涂层形貌影响 .73.3 熔覆过程条件对镍基
8、合金涂层硬度影响 .123.4 激光熔覆镍基合金涂层摩擦学性能研究 .133.4.1 摩擦磨损设备 .133.4 2镍基合金涂层摩擦磨损实验 .143.5 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1.1 FV520B 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
9、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。1.2 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
10、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
11、,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
12、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。1.3 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 【4-7】 。许多镍基合金还具有卓越的耐热性能，而
13、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。1.4 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
14、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31.5 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
15、 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2.1 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 2.1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。2.1 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。2.2 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
