含固体润滑剂的激光熔覆层的制备及其组织结构研究

含固体润滑剂的激光熔覆层的制备及其组织结构研究指导教师：张瑞军小组成员：孙红云翟龙目录•项目背景•项目进展情况和阶段成果•经费使用•“博客”维护•项目建设存在的问题分析•改进措施•下阶段项目建设计划项目背景机械部件的摩擦磨损是材料失效的三大主要形式之一。所以为了减少巨大的经济损失，开展材料磨损的基础研究，探究新的减摩抗磨技术是十分必要的。表面改性技术通过在工作表面形成新的物理化学状态，改善或赋予表面新的性质。优化抗摩性质的途径之一就是增大表面的硬度。问题：摩擦副的磨损问题，摩擦系数过大使得摩擦副迅速被磨损。解决：硬质润滑涂层。即:硬质相与软质相相配合，从而达到抗磨减摩效果。激光表面熔覆技术以激光为能源可以实现热输入的准确控制同时熔覆温度高，冷却速度快，成分控制好，热影响小。可以得到：组织致密，性能优越的涂层。效果：高硬度，准确成分，对基体影响小。•固体润滑剂MoS2的使用目的是使熔覆层具有一定的润滑性，起到初始的减摩作用。特殊润滑剂纳米金刚石粉末在熔覆层摩擦服役过程中将转变为石墨从而达到使熔覆层越磨损越润滑的效果。项目进展情况总体来说，到目前为止实验进行了三个阶段：●资料查询及实验方案设计●未对粉末进行任何处理的初步熔覆实验●对MoS2进行金属包裹处理后的系列熔覆实验不同粘结剂的使用效果粘结剂类型涂层效果无水乙醇表面涂层后，涂层粘稠性不大，但定型性很好，整体性尚可，整体呈黑色，并未出现黄色物质浮现，极易干燥，放在室内环境下既可快速干燥，干燥后成固体状态，定型很好，但有裂痕，粘结性不好，很松散，稍经振动涂层整体就会松散垮掉环氧树脂表面涂层后：涂层很粘稠，整体性极好，整体呈黑色，并未出现黄色物质浮现，放入干燥炉中以70℃干燥27个小时后仍呈极粘稠状，与刚涂覆时状态相似，稀硅酸钠溶液表面涂层后：涂层很粘稠，整体性极好，整体呈黑色，并未出现黄色物质浮现，放入干燥炉中以70℃干燥27个小时后仍呈极粘稠状，与刚涂覆时状态相似，对熔覆层进行了X射线衍射分析，发现基本不存在多硫化相，更没有MoS2的存在，并且有单质Mo的存在。软质相保留：润滑的保证使得熔覆层内含有具有润滑作用的软质相。起到润滑的作用。MoS2:优点，具有润滑性。缺点：高温下比较活泼，难以保留。想法：保护处理，使其在高温过程中得以保留。包裹可行方法化学镀：物质表面的自催化作用下经控制化学还原法进行金属沉积的过程步骤：去油敏化活化化学镀镀铜溶液的成分配比镀镍溶液的成分配比不同激光功率下激光熔覆过程的现象及熔覆层的表征（包裹后）功率熔覆现象及熔覆层表征600W熔覆过程中熔池稳定没有爆裂现象，无燃烧现象。熔覆层很平整，激光熔覆的道次感很明显，没有孔隙，与基体结合很好。800W熔覆过程中熔池稳定没有爆裂现象，无燃烧现象，偶尔出现亮点。熔覆层很平整，激光熔覆的道次感很明显，没有孔隙，与基体结合很好仅有个别地方出现孔隙。1000W熔覆过程中熔池稳定，出现个别地方轻微爆炸现象。熔覆层很平整，激光熔覆的道次感较明显，与基体结合很好没有孔隙。熔覆层表面有一些看似已经熔融过的小颗粒或是小气孔分布于黑色道次,边界周围存在一些气孔。1200W熔覆过程中熔池已不稳定，出现很强烈的燃烧现象，护目镜下看到黄色激光下出现类似于红色的火苗，极其明显，高度大概有15㎜左右，味道呛鼻。熔覆层很平整，激光熔覆的道次感不太明显与基体结合很好没有孔隙。熔覆层表面有一些看似已经熔融过的小颗粒几乎分布于整个表面不同功率的X射线图谱对比激光功率的作用1,软质相的保留•从图中的特征峰不难看出MoS2的变化，只是在600W的功率下存在两个特征峰，而在800W的情况下，便排除了MoS2具有相当量的存在的可能，1000W,1200w时的情况一样如此。而Mo2O3（Mo2S3具有良好的耐磨和润滑性）的大致含量变化在800W时达到最大，之后便是减少，直到几近消失同时在800W时存在了相当量的WS2（具有润滑性）而在1000W和1200W时WS2的量逐次减小至很少。激光功率的作用2.功率越高，各种物相分布越均匀。激光功率的作用3.激光功率对表面硬度有影响。600W时硬度（HV）1000W时硬度（HV）熔覆层表面1376.89、292.57997.14熔覆层上部1429.47、1325.601409.85、1300.96熔覆层中部1066.341268.74结合部熔覆层992.87、1297.341069.61、857.32结合部基体600.47、559.14443.94、548.47基体475.77441.83熔覆层组织•激光熔覆层的组织形态是以胞状晶和树枝晶为主，•当然也有TiC、WC这些未熔相分布在熔覆层基体中。阶段性结论•1激光熔覆层具有很高的硬度，约在1200HV左右，这是由熔覆层经过激光熔覆过程中得到细晶强化，和熔覆层中TiC、WC等硬质相颗粒的存在导致的。•2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•3激光功率参数不仅对MoS2的保护有影响，更对熔覆层中不同物相的分布产生决定性影响。激光功率应定在800W时，含硫相比较丰富，熔覆层底部含W相很多，中部含W相已经很少，表面含W相基本消失。激光功率应定在1200W时，含硫相基本消失，但不同的物相在熔覆层中分布均匀。•4熔覆层内部的S元素在不处于较大对流的前提下，运动不到熔覆层表面，从而不与空气中氧气接触，S元素得到保留从而与其它金属元素反应生成多种硫化物。经费使用情况•到目前为止，经费支出总计约4000余元，其中，资料费200元，原材料购置支出2200元，熔覆试验费支出800元，分析测试费1000元。博客维护•按期提交进度报告，发表有关实验日志9篇•博客访问量达到13000人次项目建设存在的问题分析•软质相的保留问题：虽然通过化学镀在低功率下保留了一定的软质相，但在高功率下，包裹软质相的金属会融化，软质相仍会分解。改进措施•在对MoS2的进行了化学镀后，再对MoS2保护进行后续处理，可在化学镀后配合电镀。因为经过化学镀，MoS2粉末的表面已经具有一层导电物质，彻底克服了MoS2不导电的问题。所以经过化学镀处理之后，MoS2粉末表面可以电镀上熔点更高也更耐磨的金属。这样会起到更好的保护效果，可以为提高激光功率参数打下基础。下阶段项目建设计划及预期成果•对MoS2保护采用化学镀后再配合电镀，以期能在高功率下保留软质相。•激光功率参数选择探讨：激光功率参数的选择不仅涉及到MoS2的保护程度，更涉及到了熔覆层中不同物质的分布，拟进行多组对比实验，以期得到最佳功率参数。