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1 研究成果

針對激光熔覆Ni基合金耐磨與耐沖擊性不佳的問題，通過添加WC顆粒的方式提高Ni基熔覆層耐磨與耐沖擊性能。

2 所做工作

采用含微米與納米WC顆粒的Ni基粉末激光熔覆制備WC/Ni涂層。利用SEM、XRD、高速攝像、磨損試驗機、夏比沖擊試驗機等設(shè)備對含兩種WC顆粒涂層進(jìn)行微觀組織、耐磨性與耐沖擊性研究，并結(jié)合有限元分析得到含WC顆粒涂層的沖擊斷裂機理。

3 主要結(jié)果

微米WC能顯著增強涂層耐磨性，磨損率較Ni45涂層降低88.38%。但微米WC的高脆性不利于涂層耐沖擊性的提高，沖擊韌性僅為Ni45涂層的91.28%。納米WC能細(xì)化涂層晶粒并提高涂層耐磨性，磨損率較Ni45涂層降低53.43%。添加納米WC還能使涂層耐沖擊性得到顯著提高，沖擊韌性較Ni45涂層提高13.37%。

4 主要結(jié)論（新發(fā)現(xiàn)）

納米WC對熔池流動的促進(jìn)作用強于微米WC，使涂層組織得到更顯著的細(xì)化。由于納米WC在細(xì)化晶粒的同時會彌散分布于晶界與共晶區(qū)，在磨損過程中阻礙位錯運動，抑制晶粒塑性變形，進(jìn)而減弱配磨件對涂層的切削，提高涂層耐磨性。由于在晶界與共晶區(qū)的納米WC會阻礙裂紋擴展并改變擴展方向，進(jìn)而提高形成貫穿裂紋的能量，增加涂層斷裂所需的沖擊功。通過有限元分析可知，在沖擊過程中涂層中的高脆性微米WC會形成高應(yīng)力集中，證明其對涂層耐沖擊性具有不利影響。而納米WC能降低位錯的不均勻滑移，緩解位錯堆積，進(jìn)而有效分散涂層在沖擊過程中形成的應(yīng)力集中。上述證明納米WC能顯著提高復(fù)合涂層的耐沖擊性能。研究表明，納米WC能實現(xiàn)涂層耐磨性與耐沖擊性的同步提升

5 價值意義（創(chuàng)新）

激光熔覆納米WC增強Ni基耐磨耐沖擊復(fù)合涂層能有效延長受磨損與沖擊破壞部件的使用壽命，在提高零部件耐磨與耐沖擊性方面具有重要的應(yīng)用與參考價值。

激光熔覆工藝試驗示意圖

熔池高速攝像形貌

涂層磨損率

涂層沖擊韌性

夏比沖擊試驗?zāi)Ｐ?純Ni45涂層

含微米、納米WC涂層  涂層夏比沖擊試驗?zāi)Ｐ?/span>

涂層沖擊過程應(yīng)力分布

課題組負(fù)責(zé)人

石巖  博士，長春理工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。分別于2005、2008、2009年在德國漢諾威激光中心、澳大利亞陽光海岸大學(xué)、日本千葉大學(xué)進(jìn)行交流訪問、培訓(xùn)學(xué)習(xí)及共同研究等工作，2012—2013年間以國家公派訪問學(xué)者身份在美國密歇根大學(xué)師從美國院士Mazumder教授從事激光加工領(lǐng)域研究。現(xiàn)任科技部光學(xué)國際科技合作基地主任。長期從事激光加工技術(shù)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用工作，作為項目負(fù)責(zé)人或技術(shù)骨干完成包括國防973、科技部重大專項、科技部國際合作、裝備預(yù)研共用與專用技術(shù)、吉林省科技廳等國家或省部科研課題10余項，獲省部級科技進(jìn)步二等獎3項、三等獎2項；發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇，SCI收錄20余篇，EI收錄20余篇，獲專利授權(quán)10余項，吉林省第十三批有突出貢獻(xiàn)中青年專業(yè)技術(shù)人才。

課題組研究方向

在激光表面熔覆理論與技術(shù)研究方向上，課題組面向國家重點研發(fā)計劃的需求，針對高硬度微小型多微孔零件，提出、設(shè)計并優(yōu)化的激光熔覆用紫銅輔助工藝裝置技術(shù)，避免了該類高硬度、復(fù)雜形狀的小尺寸關(guān)鍵件在激光熔覆過程中變形、燒蝕、高溫回火等現(xiàn)象的產(chǎn)生。通過碳棒鑲嵌技術(shù)有效解決了多微孔零件激光熔覆過程中熔覆層堵塞微孔的難題，最終使該零件獲得高硬度、高耐磨性能及優(yōu)良的耐油流沖蝕性能。通過梯度涂層設(shè)計與制備技術(shù)的研究，有效解決了高壓油泵凸輪軸激光熔覆大面積、高厚度與硬度耐磨涂層技術(shù)難題。通過在Ni基合金涂層中添加納米WC顆粒有效提高了復(fù)合涂層的耐磨與耐沖擊性能，為改善零部件磨損與沖擊失效問題提供了重要的理論與應(yīng)用基礎(chǔ)。

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