基本信息
- 项目名称：
- 含固体润滑剂的激光熔覆层的制备及其组织结构研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 使用激光熔覆技术在铁基材料表面形成一层既含有硬质相又含有润滑物的复合涂层，以期能够实现抗磨减磨的作用。利用化学镀金属技术对MoS2粉末进行包裹以期能够使MoS2得到保护，并考察了激光功率参数对熔覆层的影响。观察了激光对熔覆层组织和显微硬度的影响，采用扫描电镜及X射线衍射仪分析熔覆层的成分，相组成及其分布。 本实验得到了软质相和硬质相相互结合的自润滑涂层，且硬度达到1200HV。
- 详细介绍：
- 本项目针对材料摩擦磨损这一普遍问题，采用激光表面熔覆技术在部件表面制备含固体润滑剂的熔覆层。首先利用化学镀金属技术将MoS2粉末用金属铜粉或者镍粉进行包裹处理, 然后采用激光熔覆技术, 以铬钼合金铸铁为基体,Ni基自熔性合金粉末为基体相,纳米TiC、WC、MoS2、改性金刚石粉末为增强相,在合金表面上制得了以NiCr为基体、以TiC、WC为耐磨相、以弥散分布颗粒Mo2S3和WS2为自润滑相的高温自润滑耐磨复合材料涂层。加入硬质粉末TiC、WC使熔覆层获得比较高的硬度，达到抗磨的目的；加入固体润滑剂MoS2，使熔覆层具有一定的润滑性，起到初始的减摩作用；加入特殊润滑剂纳米金刚石粉末旨在熔覆层摩擦服役过程中金刚石转变为石墨从而达到使熔覆层越磨损越润滑的效果。并应用了X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜分析(FESEM)、及维氏硬度测试等材料分析测试技术，对所制备的含固体润滑剂的合金材料表面激光熔覆层的微观组织结构进行了分析评价，提供了一个较合理的激光工艺参数。 最终本实验所制得的激光熔覆层具有很高的硬度，约在1200HV左右。且对MoS2进行敏化活化处理后成功进行了MoS2表面的化学镀金属。使得MoS2得到了保护，为自润滑涂层的得到提供了保证。并提供了一个较合理的激光熔覆工艺参数，达到软质相和硬质相复合增效的效果，且物相分布均匀硬度很高。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本项目针对材料摩擦磨损这一普遍问题，采用激光表面熔覆技术在部件表面制备含固体润滑剂的熔覆层，加入硬质粉末TiC、WC使熔覆层获得比较高的硬度，从而达到抗磨的目的；加入固体润滑剂MoS2，使熔覆层具有一定的润滑性，起到初始的减摩作用。同时应用了现代材料分析测试技术，对所制备的含固体润滑剂的合金材料表面激光熔覆层的微观组织结构进行分析评价。
科学性、先进性及独特之处
- 实验制备的部件材料表面激光熔覆层不仅包括起提高自身耐磨性作用的硬质组元,如TiC等，还有具有自润滑作用的特定软质组元，如MoS2等。激光熔覆层具有很高的硬度，约在1200HV左右，并且应用化学镀技术成功保护了MoS2，为自润滑涂层的得到提供了保证。同时提供了一个较合理的激光熔覆工艺参数，达到软质相和硬质相复合增效的效果，且物相分布均匀硬度能达到1200 HV左右.
应用价值和现实意义
- 本实验利用激光熔覆技术在铁基材料表面形成一层既含有硬质相又含有润滑物的复合涂层，达到抗磨减摩的作用。研究了激光对熔覆层组织和显微硬度的影响，采用扫描电镜及X射线衍射仪分析熔覆层的成分，相组成及其分布。 结果表明，化学镀金属技术对MoS2粉末的保留起到了一定的效果；熔覆层组织为树枝晶和胞状晶，发现在高激功率参数下各种物质的分布比较均匀，表面硬度在1200HV左右。
学术论文摘要
- 使用激光熔覆技术在铁基材料表面形成一层既含有硬质相又含有润滑物的复合涂层，以期能够实现抗磨减磨的作用。利用化学镀金属技术将微米级的MoS2粉末用金属铜粉或者镍粉进行包裹以期能够阻止在激光熔覆过程中MoS2粉末的大量损失，并考察了激光功率参数对熔覆层的影响。观察了激光对熔覆层组织和显微硬度的影响，采用扫描电镜及X射线衍射仪分析熔覆层的成分，相组成及其分布。 结果表明，化学镀金属技术对MoS2粉末的保留起到了一定的效果；熔覆层组织为树枝晶和胞状晶，发现在高激光功率参数下各种物质的分布比较均匀，表面硬度约在1200HV左右。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- 1.本文以Ni60-TiC-WC-MoS2-改性金刚石混合多元合金粉末为原材料．利用激光熔敷技术在铬钼合金铸铁表面成功地制得了既含耐磨相又含自润滑相的高温自润滑耐磨复合材料涂层。 2．该复合材料涂层显徽组织主要由基体NiCr、碳化物TiC-WC初生相和两者问弥散分布且具有良好自润滑作用的Mo2S3和WS2等颗粒构成，涂层与基体间为完全的冶金结合。 3．复合材料涂层的显徽硬度有大幅度的提高。 [1]李嘉宁，陈传忠. 激光熔覆技术在航空领域中的研究现状 .航空制造技术,2010年,5期 [2]颜鸣皋,吴学仁,朱知寿.航空制造技术.2003(12):19—25 [3]张蕾，陈华辉，徐采云，谌俊，赵会友，王振廷. 润滑与密封,2008年06
同类课题研究水平概述
- 迄今，国内外已开发出多种以高硬度为主要特征的表面改性材料和改性技术，并且已在包括工模具领域在内的许多场合得到成功应用。例如，采用物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）等先进涂层制备技术开发的超硬涂层材料（硬度一般大于40GPa），如SiC、TiC、TiCN、B4C、BN、Si3N4以及Al2O3等已在航空、航天、机械制造及汽车工业的特种零部件如：特种传动零件、高速切削刀具等方面得到了成功应用，产生了巨大的经济效益和社会效益。 国内外一些研究人员在采用激光表面改性技术制备硬质润滑涂层方面也开展了一些探索性工作。例如，Shitang Zhang等采用激光表面熔覆技术在1Cr18Ni9Ti不锈钢基体表面成功制备了Ni/hBN涂层，通过球－盘式摩擦磨损实验，证实所制备的Ni/hBN涂层在高达800℃下仍具有良好的减摩抗磨性能；Xiu-Bo Liu及其合作者采用Nd:YAG激光制备了NiCr–Cr3C2–CaF2复合涂层，并且采用环-块式 磨损实验证实该复合涂层具有良好的减摩抗磨能；A.H. Wang等采用Nd:YAG 激光熔覆技术合成了含亚微米WS2的Ni基自润滑复合涂层；D.T.A. Matthews等人则尝试采用高功率Nd:YAG 激光在Ti基体上形成大块金属玻璃(BMGs)表面改性层，划擦实验表明表面改性层具有良好的耐磨性和极低的摩擦系数；Jiang Xu等应用PRC-3 kW型CO2 激光在1045碳钢表面制备了MoS2/TiC/Ni涂层；周笑薇等采用自动送粉激光熔覆技术，在A3钢表面制备了添加Al2O3的Ni60合金激光熔覆层。
