3 kW激光下FeCr基Ni-B4C复合涂层的组织性能优化

本文主要探讨了使用3千瓦高功率半导体激光器在45钢基体上制备FeCr基Ni包B4C复合涂层的过程及其组织性能。该研究涉及不同含量的Ni包B4C复合涂层，范围从10%到50%，通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)以及摩擦磨损实验来分析熔覆层的微观结构、元素分布、相组成和耐磨性。 首先，研究发现，熔覆层的组织结构呈现出显著的变化。在与基体的结合区域，晶体结构呈垂直于基体的胞状晶形式，这有助于增强涂层与基体的结合强度。随着Ni包B4C含量的增加，熔覆层内部晶体形态也发生了变化：当添加量为10%和20%时，主要物相包括α-Fe（铁素体）、CrB（铬硼）、Cr23C6（铬碳化物六面体）和B4C（碳化硼）。这些相的存在有助于提高涂层的硬度和耐磨性能。 然而，当添加量增加至30%至50%时，涂层物相复杂化，除了原有的物相，还出现了(Fe，Ni)合金相、Fe23(C，B)6和(Fe，Ni)23C6，这表明Ni的加入促进了多元合金化。同时，实验还观察到了未熔化的B4C陶瓷颗粒，这可能影响涂层的微观结构和性能分布。 最值得注意的是，当Ni包B4C含量为30%时，熔覆层的显微硬度达到了1261HV，这几乎是基体硬度（120HV）的10倍，显示出显著的硬度提升。此外，耐磨性能也大幅度提高，相比于基体45钢，其耐磨性提高了41倍。这一结果表明，高含量的Ni包B4C复合涂层具有优异的耐磨性和抗磨损能力，对于工业应用中的耐磨部件有潜在的优化效果。 总结来说，这项研究深入探讨了激光熔覆技术在FeCr基Ni包B4C复合涂层上的应用，揭示了涂层成分、结构与其性能之间的关系，为优化此类涂层的制备工艺和提高其实际应用性能提供了有价值的指导。