哈尔滨东安实业发展有限公司 黑龙江哈尔滨 150066
摘要：随着社会的安徽赞，我国的科学技术的发展也有了很大的提高。激光熔覆技术是在基材表面熔覆一层金属或复合粉末，形成具有特殊功能的低稀释率涂层，在成本较低的情况下显著提高基材的表面性能。激光熔覆工艺是一个急热急冷的过程，因而所获涂层的组织细小致密，结合强度高，但这也致使其偏离了平衡过程，且由于熔覆材料与基材间存在差异，导致熔覆层易出现气孔、裂纹及剥落等问题。如何控制涂层中裂纹的萌生和发展是在制备激光熔覆涂层时必须考虑的问题之一。虽然有关涂层中裂纹的形成机制的问题相当复杂，但降低涂层裂纹倾向的方法却是殊途同归，其关键在于如何有效地降低涂层内的残余应力，提高涂层强度和韧性。目前常用的手段包括优化工艺参数、预热处理、缓冷、设计梯度涂层、添加增韧增塑元素和后热处理等，其中，热处理作为一种改善金属材料性能的传统工艺，在一定的加热保温和冷却条件下，通过改善涂层内部的相和组织结构，能够提升涂层韧性，缓解残余应力并消除涂层裂纹倾向，同时，对涂层进行合适后热处理也有利于避免服役于高温下的表面涂层因相和组织的变化而导致零件整体性能的不稳定。此外，对涂层进行高温处理也可作为激光熔覆涂层高温稳定性的一种评定手段。本文综述了国内外后热处理对激光熔覆涂层应用的研究现状，从热处理的3个基本要素出发，探讨了后热处理对激光熔覆涂层相和组织、力学性能、摩擦学性能等方面的影响机理，总结了后热处理过程对激光熔覆涂层的组织演变规律和涂层性能变化的影响，以期为相关的工程应用和理论研究提供参考。
关键词：后热处理；激光熔覆涂层应用；研究进展
引言
高温热处理是一种缓解激光熔覆涂层残余应力和检测涂层高温稳定性的有效手段。本文从热处理的加热温度、保温时间和冷却速度角度出发，综述了热处理工艺对激光熔覆涂层的研究进展。分析了热处理对激光熔覆涂层物相和组织结构、力学性能以及摩擦学性能的影响机理，讨论了热处理过程中熔覆涂层的相组织演变以及涂层力学性能、摩擦学性能的变化规律。
1热处理工艺参数对激光熔覆涂层的影响
1．1热处理温度对涂层的影响
目前有关热处理温度对激光熔覆涂层影响的相关工作具体内容主要围绕两个方面展开，一是研究热处理温度对涂层性能的影响，二是通过试验检测分析涂层在特定温度下的高温稳定性。由于激光熔覆急热急冷的加工特性，涂层中常包含大量过饱和固溶体和其他亚稳定相，过饱和固溶体中大量溶解其他元素，大量的晶格畸变起到了固溶强化的作用，但由此也使得涂层基体塑性和韧性较差，加之涂层本身的残余应力，使涂层极易开裂。涂层的热处理本质上是一个涂层相的有序化和元素趋于均匀化的过程，在该过程中伴有组织长大、元素的扩散和置换、相成分的调整和新相的产生等变化，从而引起涂层中枝晶形貌的改变。发现当热处理温度较低(500℃)时，Ni21+20%WC+0．5%CeO2合金粉激光熔覆涂层组织和硬度基本没有变化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而随着热处理温度的上升(950℃)，发现MoFeCrTiWAlNb高熔点高熵合金涂层，随着退火温度升高，高熔点元素聚集在花瓣状组织，枝晶聚集长大。
1.2热处理保温时间对涂层的影响
热处理保温时间是热处理工艺中不容忽视的关键之一，在恰当的热处理温度下保温合适的时间才能获得最佳的组织结构，现阶段的多数试验都是在中温段进行。这是因为温度过低时涂层相组织几乎不受热处理影响，高温热处理则不利于涂层硬度和基材性能，从某种意义上来讲，延长保温时间与提高热处理温度的效果类似。对VN增强Co基复合涂层在650℃下分别保温3h和5h，发现由于保温3h的时间过短，固溶体内脱溶的溶质原子尚未形成足够的硬质相，无法增强弥散强化作用，而在保温5h时，更多硬质相的形成提高了弥散强化的作用，使得涂层的平均显微硬度提高。而相同涂层在750℃保温3h情况下，由于复合涂层中溶质原子扩散能力增强，晶粒形核和长大驱动力增加，弥散强化作用增强，涂层硬度也有所提高。综合来看，两者间的效果似乎相似，但最大的区别在于，延长保温时间只能使原始析出相的含量升高，而当热处理温度提高至某些相的相变温度后，涂层会产生第二相。
2热处理对涂层力学性能及摩擦学性能的影响
2．1热处理对涂层组织和力学性能的影响
热处理对缓解涂层残余应力和提高涂层塑性韧性的效果明显。激光是一种能量分布不均的高斯热源，因而在激光熔覆熔池凝固的过程中，局部组织结构的差异使涂层易产生较大的残余应力，其包括热应力和组织应力，且均属于拉应力，在外力的诱导下更易产生裂纹，残余应力的消除主要体现在涂层硬度变化上，热处理后涂层硬度变化平缓，有效提高涂层受到冲击时的稳定性。热处理过程中，原子热运动使涂层均匀化，显著降低涂层缺陷密度，释放涂层残余应力，提高涂层韧性。发现经25、400、600和800℃热处理3h的TiC/TiB2强化TiNi/Ti2Ni复合涂层残余应力分别为2．79、1．03、0．52和0GPa。发现激光熔覆Stellite6合金涂层在1100℃下固溶处理10h后，涂层中的元素和相分布均匀，强化了固溶体，提高了韧性和塑性，但也由于晶粒的长大，涂层硬度下降明显。激光熔覆涂层中位错、空位等晶间缺陷非常多，加之应力和偏析的存在，使熔覆层硬度分布起伏较大，热处理能够降低缺陷浓度，释放应力以及使涂层元素的均匀化，因而硬度起伏变化较小。未热处理的γ-(Ni，Fe)/CrB/h-BN熔覆涂层内的固溶体硬度为5．09GPa，而热处理1h和2h的涂层内固溶体硬度分别为7．20GPa和3．77GPa。在对镍基复合Ni60CuMoW涂层进行600℃保温15min回火处理时发现，涂层晶粒发生二次生长，涂层中固溶体基体相更加致密，硬质相析出增多且结构更完整。在热处理初期，高温热处理下涂层固溶体虽然会发生脱溶析出的现象，但由于激光熔覆快速熔凝的加工特性，原涂层固溶体内的元素分布不均，高温热处理的过程中，元素分布得以优化，固溶效果反而得到加强，且由于在经过热处理之后固溶体晶粒细化，也使其力学性能有所提升。
2.2热处理对涂层摩擦学性能的影响
热处理后涂层的摩擦学性能是一个受多方面因素综合作用的结果，涂层韧性的提高使得涂层表面硬质相在循环载荷的作用下嵌入表面涂层中，有助于提高涂层表面平整度，从而降低涂层的摩擦因数，而残余应力的降低也使得涂层在对磨球的作用下不易产生微裂纹而导致脆性剥落。热处理后涂层基体相的均匀化利于减小其摩擦因数的波动，也可提高其与硬质相的结合能力，使其不易脱落，从而提高涂层的耐磨性。发现热处理后的激光熔覆Ni60/h-BN涂层磨屑多为粉末状，磨损机理主要表现为磨粒磨损，而未经热处理的涂层磨屑为块状和颗粒状，磨损机理主要表现为脆性断裂和粘着磨损。热处理后涂层硬度的提高固然是有利于涂层耐磨性的，可以抵抗对偶件微凸体的压入而导致的犁削磨损，提高其抗微观切削能力。
结语
目前来看，有关热处理对激光熔覆涂层的研究大都集中在摩擦学领域，研究不同温度、不同保温时间对于涂层力学性能和摩擦学性能的影响，但有关热处理对激光熔覆涂层耐蚀性，生物相容性等方面的试验研究尚少，因此针对不同性能要求的激光熔覆涂层应当制定对应的热处理方案。
参考文献:
［1］张佳虹，孙荣禄．钛合金表面激光熔覆的研究进展［J］．材料导报，2014，28(11):89-93．
［2］刘海青，刘秀波，孟祥军，等．金属基体激光熔覆陶瓷基复合涂层的裂纹成因及控制方法［J］．材料导报，2013，27(11):60-63．
论文作者:郭昭洋
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/8/1
标签：涂层论文; 激光论文; 应力论文; 硬度论文; 残余论文; 温度论文; 性能论文; 《防护工程》2019年8期论文;