激光熔覆制备Fe基非晶化涂层的研究进展.pdf

2009激光焊接国际论坛俘掳 激光熔覆制备Fe基非晶化涂层的研究进展 上海交通大学上海市激光制造与材料改性重点实验室(200240)张培磊姚成武 丁敏芦凤桂 摘要从Fe基激光非晶化的材料设计和制备工艺两个方面对激光熔覆制备Fe基非晶层的影响进行了分析 和阐述。由于激光熔覆制备非晶涂层的工艺条件与传统的大块非晶制备方法有着很大的不同，所以由此带来了材 料设计上的不同思路。另外，对于激光熔覆这种效率较高的制备方法，熔覆层的成形对熔覆层的质量至关重要：熔 覆材料的流动性、抗氧化性和均匀性对最后熔覆层中非晶形成比例都有着很大影响。对目前适合激光熔覆制备Fe B体系等，其中除了基体Fe之外，主要的组分一般都包括了Ni，B，si，主要是依据了Inoue的经验三原则来设计，另 外考虑到材料熔覆层快速成形和抗氧化性能，加入了大量的可以降低熔点的元素以改善熔池流动性。 关键词：激光熔覆铁基非晶涂层 中图分类号：TGl56．∞ 800 360MPa【5 度分别达3 MPa和1 J。2003年，美国橡 0前 言 树岭国家实验室Lu和Uu使Fe基非晶的尺寸从过去 非晶态合金作为一种具有优异性能的新型材料， 的毫米级推进到厘米级，他们研制的Fe基块体非晶最 mm【6 大直径达到了12 是当前材料领域的研究热点之一。自从1938年Kram- J，此后哈尔滨工业大学的沈军 er首次报道用蒸发沉积的方法第一次制备出非晶薄膜 进一步将Fe基块体非晶合金的尺寸提高到了16 mm【7j。但是，目前这种材料还没有大范围推广应用， 以来，尤其是1960年后，美国加州理工学院的Duw犯 教授发明了直接将金属急速冷却制备非晶态合金的方 主要是因为其制备过程难以控制，在实际应用中被限 制在如薄带、细丝等低维度形状【5J。 法——喷溅冷却法(Splatingeooling)，大量的非晶合金 体系被陆续发现。目前已经发现的块体非晶合金从合 激光熔覆是目前利用激光对材料表面进行改性时 效率最高的一种，尤其是同步送粉的激光熔覆。激光熔 金体系来说，有Pd，Pt，Au，h，Ce，Nd，Pr，Er，Ho，Mg， 覆的功率密度一般为l×104一l×106W／em2，冷却速度 ca，Cu，Ti，Fe，Co，Ni和Zr基等，从组成非晶态合金的 Innl¨1。如 组元数来看，从简单的二元系一直到含有8个组元 为1×104～l×106K／s，作用区深度为0．2～2 此高的功率密度和冷却速度，且只使覆层材料完全熔化， (Fe“．3C05CF5Mol38Mnll2C15885．9)蚰．5Y¨，都可以是非 晶态。非晶态合金具有高屈服强度、大弹性应变极限、 而基材熔化层极薄，这就极大地避免了基体对熔覆层合 金的稀释。利用其产生的温度梯度，足以使玻璃形成 无加工硬化现象及高耐磨性等力学性能；优良的抗多 种介质腐蚀的能力；优良的软磁、硬磁及独特的膨胀特 能力强的合金系形