熱處理對激光熔覆涂層影響的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢

田文浩　孟偉　杜傳彬

【摘? 要】熱處理對激光熔覆涂層的表面性能有諸多影響，經(jīng)過研究表明在對涂層進(jìn)行熱處理后可以起到穩(wěn)定涂層組織的作用，所以采用合理的熱處理工藝在一定程度上也能提高涂層的摩擦學(xué)性能、力學(xué)性能等各方面的性能。

【關(guān)鍵詞】熱處理;激光熔覆;涂層

1.熱處理時間對熔覆涂層組織的影響

熱處理對激光熔覆涂層的組織可以產(chǎn)生諸多影響，熔覆涂層的相成分和組織結(jié)構(gòu)在進(jìn)行熱處理后都會產(chǎn)生一定的變化。余廷等研究熱處理對強(qiáng)化激光熔覆NiCrBSi涂層的影響中，通過Ni60鎳基自熔合金粉末與Ta粉的混合物制備熔覆涂層，并對其進(jìn)行900℃熱處理，利用XRD物相分析，將涂層進(jìn)行熱處理前后的相組成及含量的對比，發(fā)現(xiàn)Ni60涂層中M7C3、NiSi和Ni3B的峰值明顯減弱，通過分析認(rèn)為熱處理后激光熔覆涂層內(nèi)物相發(fā)生了嚴(yán)重的分解，但涂層中原位生成的TaC卻未發(fā)生分解。進(jìn)過研究發(fā)現(xiàn)熱處理時間的長短也是影響涂層組織和物相變化的一個重要因素，陸小龍等在研究熱處理對304不銹鋼激光熔覆Ni60/h-BN自潤滑耐磨復(fù)合涂層組織的影響時，對未進(jìn)行熱處理、進(jìn)行熱處理1h和熱處理2h的Ni60/h-BN復(fù)合涂層的XRD分析圖譜進(jìn)行分析對比，發(fā)現(xiàn)熱處理1h的XRD圖中的CrB的衍射峰明顯高于未進(jìn)行熱處理的，因?yàn)榧す馊鄹彩且粋€快速熔化和快速凝固近乎同時進(jìn)行的過程，而且這個過程是一個非平衡過程，這就導(dǎo)致在這個過程中有許多物質(zhì)沒有充足的時間充分熔化，但是經(jīng)過熱處理后，因?yàn)闇囟鹊纳撸约涌炝嗽娱g的擴(kuò)散運(yùn)動，因而B和Cr有更多的結(jié)合，使得熱處理后有CrB生成。

2.熱處理狀態(tài)對熔覆涂層組織的影響

相關(guān)學(xué)者在研究熱處理前后鎳基高溫合金激光熔覆涂層的組織的影響研究中，分別對熔覆層進(jìn)行均勻化熱處理和完全化熱處理，通過研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過兩種不同的熱處理后，不同的熱處理會導(dǎo)致熔覆涂層有不同的顯微組織，在1150℃下均勻化熱處理1h后出現(xiàn)了完全再結(jié)晶的現(xiàn)象，且各個區(qū)域的晶粒大小不一、分布不均。而經(jīng)過完全熱處理1h后的熔覆層組織為細(xì)小的等晶軸。綜上所述，熱處理的溫度、保溫時間以及冷卻方式的不同都會在一定程度上改變涂層的物相和組織結(jié)構(gòu)。

3.熱處理時間對熔覆涂層力學(xué)性能的影響

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，常用熱處理來提高零件的綜合性能，由于熱處理會導(dǎo)致激光熔覆涂層的物相和組織發(fā)生變化，因而熱處理后涂層的力學(xué)性能也會發(fā)生改變，其重點(diǎn)體現(xiàn)在熔覆涂層硬度的變化上。翟永杰等在研究熱處理對鈦合金激光熔覆自潤滑耐磨復(fù)合涂層的影響的試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)熱處理對涂層的硬度有很大的影響。通過對熱處理1h和未進(jìn)行熱處理的熔覆涂層進(jìn)行對比，經(jīng)過分析得出在熱處理1h后熔覆涂層的硬度有所下降，這是因?yàn)闊崽幚斫档土私M織當(dāng)中的殘余應(yīng)力，且有部分的固溶體在熱處理的過程中溶解，所以導(dǎo)致熱處理后的熔覆涂層其硬度會有一定程度的下降。李廣杰在對不同熱處理時間對Ni/WC激光熔覆層力學(xué)性能的影響研究中，發(fā)現(xiàn)熱處理的時間長短對熔覆涂層的硬度影響也很大。熱處理對熔覆層的硬度分布基本沒影響，但熱處理時間的長短會造成很大的硬度差別，在同一種熱處理下分別對涂層成進(jìn)行1h的熱處理和2h的熱處理，分析發(fā)現(xiàn)2h熱處理的熔覆涂層的硬度相對熱處理1h的要低，因此可以得知熱處理時間不一樣，對熔覆涂層的硬度產(chǎn)生的影響也不一樣。

4.熱處理狀態(tài)對熔覆涂層力學(xué)性能的影響

張德強(qiáng)等在研究不同熱處理狀態(tài)Cr12MoV激光熔覆的研究中，通過淬火和退火兩種不同的熱處理狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)。對比和分析兩種不同熱處理狀態(tài)的涂層發(fā)現(xiàn)，退火處理要比淬火處理的涂層硬度稍微高一點(diǎn)。送粉量和掃描速度都相同的條件下，對激光的功率進(jìn)行調(diào)整，不同的激光功率也會影響到熔覆涂層的硬度，通過實(shí)驗(yàn)可以看出當(dāng)激光功率在800-900W時硬度會出現(xiàn)峰值，在這之前，熔覆涂層的硬度一直上升，當(dāng)達(dá)到峰值后熔覆涂層的硬度就會有一定程度的下降。

5.熱處理對激光熔覆涂層耐腐蝕性能的影響

王傳琦等在對多道Ni基熔覆涂層組織進(jìn)行回火熱處理后研究對其耐腐蝕性能的影響中發(fā)現(xiàn)，涂層的耐腐蝕性經(jīng)過回火熱處理后比未進(jìn)行熱處理的耐腐蝕性要好很多，分析發(fā)現(xiàn)在回火熱處理之后，涂層的晶粒會進(jìn)行了二次生長，導(dǎo)致涂層組織變得更加密集，從而大大提高了涂層表面的耐腐蝕性能。在鮑雨梅等對激光熔覆生物陶瓷涂層物相分析的研究中，對鈦合金的表面制備激光熔覆涂層并對涂層進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，通過研究分析發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行熱處理后，涂層中HA的含量發(fā)生了改變，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)HA的合成和分解是一個可逆的過程，在熱處理時達(dá)到HA的分解溫度，HA的含量會明顯減少，當(dāng)溫度在一定的程度上得到了恢復(fù)，HA的含量會隨之增多，因?yàn)榧す馊鄹彩且粋€快速反應(yīng)的過程，因此會有一部分的HA來不及分解，反應(yīng)就已經(jīng)結(jié)束了，從而導(dǎo)致HA的含量有所增加，所以激光熔覆涂層的抗腐蝕性能也會隨之有所提升。

6.發(fā)展趨勢

現(xiàn)階段熱處理對激光熔覆涂層的研究已達(dá)到了一定的深度，也取得了一定的成果。隨著激光熔覆技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用激光熔覆技術(shù)制備具有自潤滑、耐磨、耐腐蝕性等的涂層將是其發(fā)展的一個重要方向，但是在制備激光熔覆涂層的過程中依然有很多問題存在。目前熱處理對激光熔覆涂層的影響還有很多不清楚的地方有待研究，所以需要進(jìn)一步深入熱處理對激光熔覆涂層的影響研究。就目前而言，在制備激光熔覆涂層的過程中還存在很多的問題，比如氣孔、裂紋內(nèi)應(yīng)力等。如何解決這些問題，將制備好的激光熔覆涂層再進(jìn)行熱處理不失為一種有效的手段。熱處理對激光熔覆涂層的影響諸多，因此將激光熔覆涂層進(jìn)行熱處理，從而解決制備激光熔覆涂層過程中存在的問題是目前一個重要研究方向。

激光熔覆技術(shù)是一種新興的表面處理技術(shù)，有著很大的發(fā)展前景。

目前，激光熔覆采用的熔覆層材料主要沿用傳統(tǒng)的噴涂系列合金，在諸多方面已逐漸不能滿足激光熔覆工藝生產(chǎn)的需要。因此，研究和開發(fā)新型的激光熔覆專用合金粉末材料，按照熔覆層性能定性甚至定量地設(shè)計合金成分是今后急需解決的問題。

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