宗琳 菅渡平

摘要：本实验采用激光熔覆技术对堆焊层进行处理，生成含有TiC-VC的复合硬质相的堆焊层，使基体材料表面硬度提高，耐磨性增强。本实验通过改变钒铁的含量，通过硬度摩擦试验观察分析随着钒铁含量的增加，TiC-VC复合硬质相的数量增加且分布均匀，堆焊层的硬度逐渐增加，耐磨性增强。当钒铁含量达到32.6%时，其硬度值为54.6HRC，磨损量为0.4367g，堆焊层硬度达到最大值，耐磨性最好。

关键词：激光熔覆；复合硬质相；硬度；耐磨性

前言

激光熔覆技术具有对于金属陶瓷涂层的制备具有很好的发展前景，已引起国内外众多科研学者的关注。激光熔覆技术存在很多优点，如凝固快速、低稀释率、涂层于基体呈冶金结合等。在涂层制备方面显示出良好的应用前景[1]。陶瓷颗粒增强金属基复合材料既具有陶瓷相的高强度、高硬度和普通金属基良好的韧性，在耐磨涂层中性能优良[2]。截止目前，增强相的加入方法无外有两种，原位自生法和外加颗粒法。外加颗粒法虽然工艺简便，易于生成陶瓷相，但易烧损，也容易带进其他杂质使母材与熔覆层结合减弱，同时生成的颗粒尺寸和分布状态也难以控制[3]。原位自生法是新兴的制备金属基复合材料的方法，原位合成技术不仅在技术方面有很大优势，如金属陶瓷涂层由于通过原位反应生成陶瓷相，颗粒弥散分布增强，无界面污染且同母材结合良好，因此涂层具有良好的硬度即具有了优良的耐磨性，同时在经济上也具有显著优势[4]。

多年以来，制备TiC都是由石墨与钛粉直接反应生成，考虑到Ti粉经济成本较高并且其化学性质活泼，易于被空气氧化在熔覆过程中。同理，V也是强碳化合物元素，且与C的反应产物VC性质相近。对钢基体具有更小的接触角。在实际应用中，加入钛铁和钒铁，反应产物和基体相似，能促进熔覆层熔覆在基体表面。

1.试验的材料及方法

本试验采用20G作为母材，在其表面制备堆焊层，其尺寸为120mm×100mm×12mm，合金粉末是由钛铁30、钒铁50，石墨（纯度99.5%）及铁粉按照一定质量分数混合而成，表1为各成分量。熔覆前采用水玻璃作粘结剂预置在试板表面，厚度为3mm，试板晾干后经10min/50℃、10min/100℃、1h/200℃烘干。激光器为5KW横流CO2激光器，熔覆用功率为1800KW，扫描速度100mm/min.焦距为330mm，为防止涂层熔覆过程氧化，采用氩气作保护气，氩气流量为25L/min.

2.试验结果与分析

由表可以看出，随着钒含量的增加，试件的硬度也在增大，而硬度越大则耐磨性能越好。其原因是在激光熔覆的条件下其熔覆层中的钒铁和钛铁，激光产生高温将其融化，从而产生液相的钒铁、钛铁，继而Ti和V以离子的方式游离于液相铁中，Ti和V都属于强碳化物形成元素，而石墨提供C原子，在熔池中随即生成（Ti，V）C，由于钛、钒在于C反应时其摩尔质量比相同，所以在熔池凝固过程中很容易依附成长，从而形成TiC和VC的互溶体碳化物结构，因此我们分析堆焊层中的硬质相是（Ti，V）C复合颗粒。在堆焊层中随着钒铁含量的增加，硬质相（Ti，V）C的数量也越来越多，由一号件基体组织的晶粒数量较少、分布不均匀、晶粒较细小，到二号件晶粒数目增加也变的比较均匀，三号件的晶粒数目变的更多，硬度也逐渐增大，四号件的晶粒大小适中且分布均匀，因此硬度最大。四号件的钒铁含量为32.6%，其硬度值为54.6HRC，为本次实验的最大硬度值。

3.结论

3.1利用激光堆焊技术，将钛铁、钒铁、铁粉和石墨按一定比例配制的试件进行表面改性处理，制备出（Ti，V）C复合硬质相，使铁基合金多元强化。

3.2随着钒含量的增加，堆焊层中的硬质相（Ti，V）C也逐渐增加，硬度升高。

参考文献：

[1]高阳，潘峰，佟百运等.铜基材上热障涂层的激光熔覆[J].中国有色金属学报，2003，13（2）：315-318.

[2]田永生，陈传忠，王德云等.激光熔覆生成碳硅钛化合物及其组织性能研究[J].中国激光，2004，31（7）：880-882.

[3]杜宝帅，李清明，王新洪等.激光熔覆原位自生TiC-VC颗粒增强Fe基金属陶瓷涂层[J].焊接学报，2007，28（4）：66-68.

[4]闫洪，胡勇.原位自生复合材料制备与流变成形[M].北京：机械工业出版社，2013.