含固體潤滑劑的激光熔覆層的制備及其組織結(jié)構(gòu)研究課件

含固體潤滑劑的激光熔覆層的制備及其組織結(jié)構(gòu)研究指導(dǎo)教師：張瑞軍小組成員：孫紅云翟龍含固體潤滑劑的激光熔覆層的制備及其組織結(jié)構(gòu)研究指導(dǎo)教師：張瑞1目錄項(xiàng)目背景項(xiàng)目進(jìn)展情況和階段成果經(jīng)費(fèi)使用“博客”維護(hù)項(xiàng)目建設(shè)存在的問題分析改進(jìn)措施下階段項(xiàng)目建設(shè)計(jì)劃目錄項(xiàng)目背景2項(xiàng)目背景機(jī)械部件的摩擦磨損是材料失效的三大主要形式之一。所以為了減少巨大的經(jīng)濟(jì)損失，開展材料磨損的基礎(chǔ)研究，探究新的減摩抗磨技術(shù)是十分必要的。表面改性技術(shù)通過在工作表面形成新的物理化學(xué)狀態(tài)，改善或賦予表面新的性質(zhì)。項(xiàng)目背景機(jī)械部件的摩擦磨損是材料失效的三大主要形式之一。所以3優(yōu)化抗摩性質(zhì)的途徑之一就是增大表面的硬度。問題：摩擦副的磨損問題，摩擦系數(shù)過大使得摩擦副迅速被磨損。解決：硬質(zhì)潤滑涂層。即:

硬質(zhì)相與軟質(zhì)相相配合，從而達(dá)到抗磨減摩效果。優(yōu)化抗摩性質(zhì)的途徑之一就是增大表面的硬度。4激光表面熔覆技術(shù)以激光為能源可以實(shí)現(xiàn)熱輸入的準(zhǔn)確控制同時(shí)熔覆溫度高，冷卻速度快，成分控制好，熱影響小?？梢缘玫剑航M織致密，性能優(yōu)越的涂層。效果：高硬度，準(zhǔn)確成分，對基體影響小。激光表面熔覆技術(shù)以激光為能源可以實(shí)現(xiàn)熱輸入的準(zhǔn)確控制同時(shí)熔覆5固體潤滑劑MoS2的使用目的是使熔覆層具有一定的潤滑性，起到初始的減摩作用。特殊潤滑劑納米金剛石粉末在熔覆層摩擦服役過程中將轉(zhuǎn)變?yōu)槭珡亩_(dá)到使熔覆層越磨損越潤滑的效果。固體潤滑劑MoS2的使用目的是使熔覆層具有一定的潤滑性，起到6項(xiàng)目進(jìn)展情況

總體來說，到目前為止實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了三個(gè)階段：●資料查詢及實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)●未對粉末進(jìn)行任何處理的初步熔覆實(shí)驗(yàn)●對MoS2進(jìn)行金屬包裹處理后的系列熔覆實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)展情況總體來說，到目前為止實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了三個(gè)階段：7

不同粘結(jié)劑的使用效果粘結(jié)劑類型涂層效果無水乙醇表面涂層后，涂層粘稠性不大，但定型性很好，整體性尚可，整體呈黑色，并未出現(xiàn)黃色物質(zhì)浮現(xiàn)，極易干燥，放在室內(nèi)環(huán)境下既可快速干燥，干燥后成固體狀態(tài)，定型很好，但有裂痕，粘結(jié)性不好，很松散，稍經(jīng)振動(dòng)涂層整體就會(huì)松散垮掉環(huán)氧樹脂表面涂層后：涂層很粘稠，整體性極好，整體呈黑色，并未出現(xiàn)黃色物質(zhì)浮現(xiàn)，放入干燥爐中以70℃干燥27個(gè)小時(shí)后仍呈極粘稠狀，與剛涂覆時(shí)狀態(tài)相似，稀硅酸鈉溶液表面涂層后：涂層很粘稠，整體性極好，整體呈黑色，并未出現(xiàn)黃色物質(zhì)浮現(xiàn)，放入干燥爐中以70℃干燥27個(gè)小時(shí)后仍呈極粘稠狀，與剛涂覆時(shí)狀態(tài)相似，不同粘結(jié)劑的使用效果粘結(jié)劑類型涂層效果無水乙醇表面涂層8

對熔覆層進(jìn)行了X射線衍射分析，發(fā)現(xiàn)基本不存在多硫化相，更沒有MoS2的存在，并且有單質(zhì)Mo的存在。

對熔覆層進(jìn)行了X射線衍射分析，發(fā)現(xiàn)基本不存在多9軟質(zhì)相保留：潤滑的保證使得熔覆層內(nèi)含有具有潤滑作用的軟質(zhì)相。起到潤滑的作用。MoS2:優(yōu)點(diǎn)，具有潤滑性。缺點(diǎn)：高溫下比較活潑，難以保留。想法：保護(hù)處理，使其在高溫過程中得以保留。

包裹軟質(zhì)相保留：潤滑的保證使得熔覆層內(nèi)含有具有潤滑作用的軟質(zhì)相。10可行方法化學(xué)鍍：物質(zhì)表面的自催化作用下經(jīng)控制化學(xué)還原法進(jìn)行金屬沉積的過程

步驟：去油敏化活化化學(xué)鍍可行方法化學(xué)鍍：物質(zhì)表面的自催化作用下經(jīng)控制化學(xué)還原法進(jìn)行金11鍍銅溶液的成分配比鍍銅溶液的成分配比12鍍鎳溶液的成分配比鍍鎳溶液的成分配比13不同激光功率下激光熔覆過程的現(xiàn)象及熔覆層的表征

（包裹后）

功率熔覆現(xiàn)象及熔覆層表征600W熔覆過程中熔池穩(wěn)定沒有爆裂現(xiàn)象，無燃燒現(xiàn)象。熔覆層很平整，激光熔覆的道次感很明顯，沒有孔隙，與基體結(jié)合很好。800W熔覆過程中熔池穩(wěn)定沒有爆裂現(xiàn)象，無燃燒現(xiàn)象，偶爾出現(xiàn)亮點(diǎn)。熔覆層很平整，激光熔覆的道次感很明顯，沒有孔隙，與基體結(jié)合很好僅有個(gè)別地方出現(xiàn)孔隙。1000W熔覆過程中熔池穩(wěn)定，出現(xiàn)個(gè)別地方輕微爆炸現(xiàn)象。熔覆層很平整，激光熔覆的道次感較明顯，與基體結(jié)合很好沒有孔隙。熔覆層表面有一些看似已經(jīng)熔融過的小顆粒或是小氣孔分布于黑色道次,邊界周圍存在一些氣孔。1200W熔覆過程中熔池已不穩(wěn)定，出現(xiàn)很強(qiáng)烈的燃燒現(xiàn)象，護(hù)目鏡下看到黃色激光下出現(xiàn)類似于紅色的火苗，極其明顯，高度大概有15㎜左右，味道嗆鼻。熔覆層很平整，激光熔覆的道次感不太明顯與基體結(jié)合很好沒有孔隙。熔覆層表面有一些看似已經(jīng)熔融過的小顆粒幾乎分布于整個(gè)表面不同激光功率下激光熔覆過程的現(xiàn)象及熔覆層的表征

（包裹后）14不同功率的X射線圖譜對比激光功率的作用不同功率的X射線圖譜對比激光功率的作用151,軟質(zhì)相的保留從圖中的特征峰不難看出MoS2的變化，只是在600W的功率下存在兩個(gè)特征峰，而在800W的情況下，便排除了MoS2具有相當(dāng)量的存在的可能，1000W,1200w時(shí)的情況一樣如此。而Mo2O3（Mo2S3具有良好的耐磨和潤滑性）的大致含量變化在800W時(shí)達(dá)到最大，之后便是減少，直到幾近消失同時(shí)在800W時(shí)存在了相當(dāng)量的WS2（具有潤滑性）而在1000W和1200W時(shí)WS2的量逐次減小至很少。1,軟質(zhì)相的保留從圖中的特征峰不難看出MoS2的變化，只是在16激光功率的作用2.功率越高，各種物相分布越均勻。激光功率的作用2.功率越高，各種物相分布越均勻。17激光功率的作用3.激光功率對表面硬度有影響。600W時(shí)硬度（HV）1000W時(shí)硬度（HV）熔覆層表面1376.89、292.57997.14熔覆層上部1429.47、1325.601409.85、1300.96熔覆層中部1066.341268.74結(jié)合部熔覆層992.87、1297.341069.61、857.32結(jié)合部基體600.47、559.14443.94、548.47基體475.77441.83激光功率的作用3.激光功率對表面硬度有影響。18熔覆層組織激光熔覆層的組織形態(tài)是以胞狀晶和樹枝晶為主，當(dāng)然也有TiC、WC這些未熔相分布在熔覆層基體中。熔覆層組織激光熔覆層的組織形態(tài)是以胞狀晶和樹枝晶為主，19階段性結(jié)論1激光熔覆層具有很高的硬度，約在1200HV左右，這是由熔覆層經(jīng)過激光熔覆過程中得到細(xì)晶強(qiáng)化，和熔覆層中TiC、WC等硬質(zhì)相顆粒的存在導(dǎo)致的。2對MoS2進(jìn)行敏化活化處理后成功進(jìn)行了MoS2表面的化學(xué)鍍金屬。使得MoS2得到了保護(hù)，為自潤滑涂層的得到提供了保證3激光功率參數(shù)不僅對MoS2的保護(hù)有影響，更對熔覆層中不同物相的分布產(chǎn)生決定性影響。激光功率應(yīng)定在800W時(shí)，含硫相比較豐富，熔覆層底部含W相很多，中部含W相已經(jīng)很少，表面含W相基本消失。激光功率應(yīng)定在1200W時(shí)，含硫相基本消失，但不同的物相在熔覆層中分布均勻。4熔覆層內(nèi)部的S元素在不處于較大對流的前提下，運(yùn)動(dòng)不到熔覆層表面，從而不與空氣中氧氣接觸，S元素得到保留從而與其它金屬元素反應(yīng)生成多種硫化物。階段性結(jié)論1激光熔覆層具有很高的硬度，約在1200HV左右20經(jīng)費(fèi)使用情況到目前為止，經(jīng)費(fèi)支出總計(jì)約4000余元，其中，資料費(fèi)200元，原材料購置支出2200元，熔覆試驗(yàn)費(fèi)支出800元，分析測試費(fèi)1000元。經(jīng)費(fèi)使用情況到目前為止，經(jīng)費(fèi)支出總計(jì)約4000余元，其中，21博客維護(hù)按期提交進(jìn)度報(bào)告，發(fā)表有關(guān)實(shí)驗(yàn)日志9篇博客訪問量達(dá)到13000人次博客維護(hù)按期提交進(jìn)度報(bào)告，發(fā)表有關(guān)實(shí)驗(yàn)日志9篇22項(xiàng)目建設(shè)存在的問題分析軟質(zhì)相的保留問題：雖然通過化學(xué)鍍在低功率下保留了一定的軟質(zhì)相，但在高功率下，包裹軟質(zhì)相的金屬會(huì)融化，軟質(zhì)相仍會(huì)分解。項(xiàng)目建設(shè)存在的問題分析軟質(zhì)相的保留問題：23改進(jìn)措施在對MoS2的進(jìn)行了化學(xué)鍍后，再對MoS2保護(hù)進(jìn)行后續(xù)處理，可在化學(xué)鍍后配合電鍍。因?yàn)榻?jīng)過化學(xué)鍍，MoS2粉末的表面已經(jīng)具有一層導(dǎo)電物質(zhì)，徹底克服了MoS2不導(dǎo)電的問題。所以經(jīng)過化學(xué)鍍處理之后，MoS2粉末表面可以電鍍上熔點(diǎn)更高也更耐磨的金屬。這樣會(huì)起到更好的保護(hù)效果，可以為提高激光功率參數(shù)打下基礎(chǔ)。改進(jìn)措施在對MoS2的進(jìn)行了化學(xué)鍍后，再對MoS2保護(hù)進(jìn)行后24下階段項(xiàng)目建設(shè)計(jì)劃及預(yù)期成果對MoS2保護(hù)采用化學(xué)鍍后再配合電鍍，以期能在高功率下保留軟質(zhì)相。激光功率參數(shù)選擇探討：激光功率參數(shù)的選擇不僅涉及到MoS2的保護(hù)程度，更涉及到了熔覆層中不同物質(zhì)的分布，擬進(jìn)行多組對比實(shí)驗(yàn)，以期得到最佳功率參數(shù)。下階段項(xiàng)目建設(shè)計(jì)劃及預(yù)期成果對MoS2保護(hù)采用化學(xué)鍍后再配合25THANKYOUTHANKYOU26含固體潤滑劑的激光熔覆層的制備及其組織結(jié)構(gòu)研究指導(dǎo)教師：張瑞軍小組成員：孫紅云翟龍含固體潤滑劑的激光熔覆層的制備及其組織結(jié)構(gòu)研究指導(dǎo)教師：張瑞27目錄項(xiàng)目背景項(xiàng)目進(jìn)展情況和階段成果經(jīng)費(fèi)使用“博客”維護(hù)項(xiàng)目建設(shè)存在的問題分析改進(jìn)措施下階段項(xiàng)目建設(shè)計(jì)劃目錄項(xiàng)目背景28項(xiàng)目背景機(jī)械部件的摩擦磨損是材料失效的三大主要形式之一。所以為了減少巨大的經(jīng)濟(jì)損失，開展材料磨損的基礎(chǔ)研究，探究新的減摩抗磨技術(shù)是十分必要的。表面改性技術(shù)通過在工作表面形成新的物理化學(xué)狀態(tài)，改善或賦予表面新的性質(zhì)。項(xiàng)目背景機(jī)械部件的摩擦磨損是材料失效的三大主要形式之一。所以29優(yōu)化抗摩性質(zhì)的途徑之一就是增大表面的硬度。問題：摩擦副的磨損問題，摩擦系數(shù)過大使得摩擦副迅速被磨損。解決：硬質(zhì)潤滑涂層。即:

硬質(zhì)相與軟質(zhì)相相配合，從而達(dá)到抗磨減摩效果。優(yōu)化抗摩性質(zhì)的途徑之一就是增大表面的硬度。30激光表面熔覆技術(shù)以激光為能源可以實(shí)現(xiàn)熱輸入的準(zhǔn)確控制同時(shí)熔覆溫度高，冷卻速度快，成分控制好，熱影響小?？梢缘玫剑航M織致密，性能優(yōu)越的涂層。效果：高硬度，準(zhǔn)確成分，對基體影響小。激光表面熔覆技術(shù)以激光為能源可以實(shí)現(xiàn)熱輸入的準(zhǔn)確控制同時(shí)熔覆31固體潤滑劑MoS2的使用目的是使熔覆層具有一定的潤滑性，起到初始的減摩作用。特殊潤滑劑納米金剛石粉末在熔覆層摩擦服役過程中將轉(zhuǎn)變?yōu)槭珡亩_(dá)到使熔覆層越磨損越潤滑的效果。固體潤滑劑MoS2的使用目的是使熔覆層具有一定的潤滑性，起到32項(xiàng)目進(jìn)展情況

總體來說，到目前為止實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了三個(gè)階段：●資料查詢及實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)●未對粉末進(jìn)行任何處理的初步熔覆實(shí)驗(yàn)●對MoS2進(jìn)行金屬包裹處理后的系列熔覆實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)展情況總體來說，到目前為止實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了三個(gè)階段：33

不同粘結(jié)劑的使用效果粘結(jié)劑類型涂層效果無水乙醇表面涂層后，涂層粘稠性不大，但定型性很好，整體性尚可，整體呈黑色，并未出現(xiàn)黃色物質(zhì)浮現(xiàn)，極易干燥，放在室內(nèi)環(huán)境下既可快速干燥，干燥后成固體狀態(tài)，定型很好，但有裂痕，粘結(jié)性不好，很松散，稍經(jīng)振動(dòng)涂層整體就會(huì)松散垮掉環(huán)氧樹脂表面涂層后：涂層很粘稠，整體性極好，整體呈黑色，并未出現(xiàn)黃色物質(zhì)浮現(xiàn)，放入干燥爐中以70℃干燥27個(gè)小時(shí)后仍呈極粘稠狀，與剛涂覆時(shí)狀態(tài)相似，稀硅酸鈉溶液表面涂層后：涂層很粘稠，整體性極好，整體呈黑色，并未出現(xiàn)黃色物質(zhì)浮現(xiàn)，放入干燥爐中以70℃干燥27個(gè)小時(shí)后仍呈極粘稠狀，與剛涂覆時(shí)狀態(tài)相似，不同粘結(jié)劑的使用效果粘結(jié)劑類型涂層效果無水乙醇表面涂層34

對熔覆層進(jìn)行了X射線衍射分析，發(fā)現(xiàn)基本不存在多硫化相，更沒有MoS2的存在，并且有單質(zhì)Mo的存在。

對熔覆層進(jìn)行了X射線衍射分析，發(fā)現(xiàn)基本不存在多35軟質(zhì)相保留：潤滑的保證使得熔覆層內(nèi)含有具有潤滑作用的軟質(zhì)相。起到潤滑的作用。MoS2:優(yōu)點(diǎn)，具有潤滑性。缺點(diǎn)：高溫下比較活潑，難以保留。想法：保護(hù)處理，使其在高溫過程中得以保留。

包裹軟質(zhì)相保留：潤滑的保證使得熔覆層內(nèi)含有具有潤滑作用的軟質(zhì)相。36可行方法化學(xué)鍍：物質(zhì)表面的自催化作用下經(jīng)控制化學(xué)還原法進(jìn)行金屬沉積的過程

步驟：去油敏化活化化學(xué)鍍可行方法化學(xué)鍍：物質(zhì)表面的自催化作用下經(jīng)控制化學(xué)還原法進(jìn)行金37鍍銅溶液的成分配比鍍銅溶液的成分配比38鍍鎳溶液的成分配比鍍鎳溶液的成分配比39不同激光功率下激光熔覆過程的現(xiàn)象及熔覆層的表征

（包裹后）

功率熔覆現(xiàn)象及熔覆層表征600W熔覆過程中熔池穩(wěn)定沒有爆裂現(xiàn)象，無燃燒現(xiàn)象。熔覆層很平整，激光熔覆的道次感很明顯，沒有孔隙，與基體結(jié)合很好。800W熔覆過程中熔池穩(wěn)定沒有爆裂現(xiàn)象，無燃燒現(xiàn)象，偶爾出現(xiàn)亮點(diǎn)。熔覆層很平整，激光熔覆的道次感很明顯，沒有孔隙，與基體結(jié)合很好僅有個(gè)別地方出現(xiàn)孔隙。1000W熔覆過程中熔池穩(wěn)定，出現(xiàn)個(gè)別地方輕微爆炸現(xiàn)象。熔覆層很平整，激光熔覆的道次感較明顯，與基體結(jié)合很好沒有孔隙。熔覆層表面有一些看似已經(jīng)熔融過的小顆粒或是小氣孔分布于黑色道次,邊界周圍存在一些氣孔。1200W熔覆過程中熔池已不穩(wěn)定，出現(xiàn)很強(qiáng)烈的燃燒現(xiàn)象，護(hù)目鏡下看到黃色激光下出現(xiàn)類似于紅色的火苗，極其明顯，高度大概有15㎜左右，味道嗆鼻。熔覆層很平整，激光熔覆的道次感不太明顯與基體結(jié)合很好沒有孔隙。熔覆層表面有一些看似已經(jīng)熔融過的小顆粒幾乎分布于整個(gè)表面不同激光功率下激光熔覆過程的現(xiàn)象及熔覆層的表征

（包裹后）40不同功率的X射線圖譜對比激光功率的作用不同功率的X射線圖譜對比激光功率的作用411,軟質(zhì)相的保留從圖中的特征峰不難看出MoS2的變化，只是在600W的功率下存在兩個(gè)特征峰，而在800W的情況下，便排除了MoS2具有相當(dāng)量的存在的可能，1000W,1200w時(shí)的情況一樣如此。而Mo2O3（Mo2S3具有良好的耐磨和潤滑性）的大致含量變化在800W時(shí)達(dá)到最大，之后便是減少，直到幾近消失同時(shí)在800W時(shí)存在了相當(dāng)量的WS2（具有潤滑性）而在1000W和1200W時(shí)WS2的量逐次減小至很少。1,軟質(zhì)相的保留從圖中的特征峰不難看出MoS2的變化，只是在42激光功率的作用2.功率越高，各種物相分布越均勻。激光功率的作用2.功率越高，各種物相分布越均勻。43激光功率的作用3.激光功率對表面硬度有影響。600W時(shí)硬度（HV）1000W時(shí)硬度（HV）熔覆層表面1376.89、292.57997.14熔覆層上部1429.47、1325.601409.85、1300.96熔覆層中部1066.341268.74結(jié)合部熔覆層992.87、1297.341069.61、857.32結(jié)合部基體600.47、559.14443.94、548.47基體475.77441.83激光功率的作用3.激光功率對表面硬度有影響。44熔覆層組織激光熔覆層的組織形態(tài)是以胞狀晶和樹枝晶為主，當(dāng)然也有TiC、WC這些未熔相分布在熔覆層基體中。熔覆層組織激光熔覆層的組織形態(tài)是以胞狀晶和樹枝晶為主，45階段性結(jié)論1激光熔覆層具有很高的硬度，約在1200HV左右，這是由熔覆層經(jīng)過激光熔覆過程中得到細(xì)晶強(qiáng)化，和熔覆層中TiC、WC等硬質(zhì)相顆粒的存在導(dǎo)致的。2對MoS2進(jìn)行敏化活化處理后成功進(jìn)行了MoS2表面的化學(xué)鍍金屬。使得MoS2得到了保護(hù)，為自潤滑涂層的得到提供了保證3激光功率參數(shù)不僅對MoS2的保護(hù)有影響，更對熔覆層中不同物相的分布產(chǎn)生決定性影響。激光功率應(yīng)定在800W時(shí)，含硫相比較豐富，熔覆層底部含W相很多，中部含W相已經(jīng)很少，表面含W相基本消失。激光功率應(yīng)定在1200W時(shí)，含硫相基本消失，但不同的物相在熔