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研究成果
針對(duì)激光熔覆Ni基合金耐磨與耐沖擊性不佳的問(wèn)題,通過(guò)添加WC顆粒的方式提高Ni基熔覆層耐磨與耐沖擊性能。
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所做工作
采用含微米與納米WC顆粒的Ni基粉末激光熔覆制備WC/Ni涂層。利用SEM、XRD、高速攝像、磨損試驗(yàn)機(jī)、夏比沖擊試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備對(duì)含兩種WC顆粒涂層進(jìn)行微觀組織、耐磨性與耐沖擊性研究,并結(jié)合有限元分析得到含WC顆粒涂層的沖擊斷裂機(jī)理。
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主要結(jié)果
微米WC能顯著增強(qiáng)涂層耐磨性,磨損率較Ni45涂層降低88.38%。但微米WC的高脆性不利于涂層耐沖擊性的提高,沖擊韌性僅為Ni45涂層的91.28%。納米WC能細(xì)化涂層晶粒并提高涂層耐磨性,磨損率較Ni45涂層降低53.43%。添加納米WC還能使涂層耐沖擊性得到顯著提高,沖擊韌性較Ni45涂層提高13.37%。
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主要結(jié)論(新發(fā)現(xiàn))
納米WC對(duì)熔池流動(dòng)的促進(jìn)作用強(qiáng)于微米WC,使涂層組織得到更顯著的細(xì)化。由于納米WC在細(xì)化晶粒的同時(shí)會(huì)彌散分布于晶界與共晶區(qū),在磨損過(guò)程中阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),抑制晶粒塑性變形,進(jìn)而減弱配磨件對(duì)涂層的切削,提高涂層耐磨性。由于在晶界與共晶區(qū)的納米WC會(huì)阻礙裂紋擴(kuò)展并改變擴(kuò)展方向,進(jìn)而提高形成貫穿裂紋的能量,增加涂層斷裂所需的沖擊功。通過(guò)有限元分析可知,在沖擊過(guò)程中涂層中的高脆性微米WC會(huì)形成高應(yīng)力集中,證明其對(duì)涂層耐沖擊性具有不利影響。而納米WC能降低位錯(cuò)的不均勻滑移,緩解位錯(cuò)堆積,進(jìn)而有效分散涂層在沖擊過(guò)程中形成的應(yīng)力集中。上述證明納米WC能顯著提高復(fù)合涂層的耐沖擊性能。研究表明,納米WC能實(shí)現(xiàn)涂層耐磨性與耐沖擊性的同步提升
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價(jià)值意義(創(chuàng)新)
激光熔覆納米WC增強(qiáng)Ni基耐磨耐沖擊復(fù)合涂層能有效延長(zhǎng)受磨損與沖擊破壞部件的使用壽命,在提高零部件耐磨與耐沖擊性方面具有重要的應(yīng)用與參考價(jià)值。
激光熔覆工藝試驗(yàn)示意圖
熔池高速攝像形貌
涂層磨損率
涂層沖擊韌性
夏比沖擊試驗(yàn)?zāi)P?純Ni45涂層
含微米、納米WC涂層
涂層夏比沖擊試驗(yàn)?zāi)P?/strong>
涂層沖擊過(guò)程應(yīng)力分布
石巖博士,長(zhǎng)春理工大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師。分別于2005、2008、2009年在德國(guó)漢諾威激光中心、澳大利亞陽(yáng)光海岸大學(xué)、日本千葉大學(xué)進(jìn)行交流訪問(wèn)、培訓(xùn)學(xué)習(xí)及共同研究等工作,2012—2013年間以國(guó)家公派訪問(wèn)學(xué)者身份在美國(guó)密歇根大學(xué)師從美國(guó)院士Mazumder教授從事激光加工領(lǐng)域研究?,F(xiàn)任科技部光學(xué)國(guó)際科技合作基地主任。長(zhǎng)期從事激光加工技術(shù)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用工作,作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人或技術(shù)骨干完成包括國(guó)防973、科技部重大專項(xiàng)、科技部國(guó)際合作、裝備預(yù)研共用與專用技術(shù)、吉林省科技廳等國(guó)家或省部科研課題10余項(xiàng),獲省部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)3項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng);發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇,SCI收錄20余篇,EI收錄20余篇,獲專利授權(quán)10余項(xiàng),吉林省第十三批有突出貢獻(xiàn)中青年專業(yè)技術(shù)人才。
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