京津冀再制造产业技术研究院再制造工程技术团队:激光熔覆 Fe/Ti3SiC2复合涂层工艺优化及其组织结构与性能
2024-09-05 11:17:04 作者:江平,朱协彬,张伟,刘宏伟,张仲,张昭 来源:中国表面工程 分享至:

 

 

 


本文为京津冀再制造产业技术研究院再制造工程技术团队撰写发表在《中国表面工程》2024年第37卷第3期的研究论文,题为“激光熔覆 Fe / Ti3SiC2复合涂层工艺优化及其组织结构与性能”。

 

 

 

 

 

曲轴与轴瓦、活塞与气缸等摩擦副在内燃机、柴油机和航空发动机等机械设备中运用十分广泛。但机械设备工作环境逐渐恶劣,摩擦副表面抗磨损能力不足,摩擦副使用寿命缩短。为此人们通常在零部件表面制备耐磨损涂层,但涂层的高硬度使对偶件的损伤加剧,起不到整体耐磨效果,而通过表面技术制备的自润滑涂层在提高材料表面耐磨性能同时具有良好的减磨效果,增加摩擦副的使用寿命。

京津冀再制造产业技术研究院再制造工程技术团队《中国表面工程》2024年第3期发表研究论文激光熔覆 Fe / Ti3SiC2复合涂层工艺优化及其组织结构与性能》,采用高速激光熔覆技术在 45 钢表面制备 Fe / Ti3SiC2耐磨减摩复合涂层,优化激光熔覆工艺参数,并研究工艺参数对涂层组织结构与性能的影响。

 

 

 

 

01

引用格式

 

 

江平,朱协彬,张伟,刘宏伟,张仲,张昭. 激光熔覆Fe/Ti3SiC2复合涂层工艺优化及其组织结构与性能[J]. 中国表面工程,2024,37(3):37-45.


JIANG Ping, ZHU Xiebin, ZHANG Wei, LIU Hongwei, ZHANG Zhong, ZHANG Zhao. Optimization of Process Parameters in a Laser Fe / Ti3SiC2 Composite Coating and Its Microstructure and Properties[J]. China Surface Engineering, 2024, 37(3): 37-45.

 

 

 

 

02

论文创新点

 

 

由于摩擦副在使用中,表面发生相对运动,产生磨损,因此研究者们通过表面改性技术在表面制备耐磨损涂层,但涂层的高硬度对对磨件的磨损加剧,因此本实验制备了自润滑涂层,该研究解决了传统硬质涂层提升了工件自身耐磨性能,却会增加对偶部件的磨损的技术难题。

 

 

 

 

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试验方法

 

 

采用宁波金雷纳米科技产的Ti3SiC2粉末以及河北敬业增材制造科技有限公司产的Fe55合金末,通过球磨机混合,在500 r/min转速、球磨2 h的参数下,制备Fe55/Ti3SiC2混合粉末,对高速激光熔覆的工艺参数进行正交试验,具体因素及水平见论文。通过高速激光熔覆设备,在惰性气体氩气的保护下,采用同轴送粉的方式,利用光纤激光器在100mm×100mm×10mm45钢表面制备不同工艺参数下的Fe/Ti3SiC2复合涂层,采用DK7765线切割机切割尺寸10mm×10mm×10mm的金相试样以及摩擦磨损试样对所有样品用不同目数砂纸依次打磨后,使用LAP-2E金相磨抛机进行抛光。用成分为HNO3∶HF∶H2O=1∶1∶6的腐蚀液对试样进行腐蚀5~10s。采用TMR1700型金相显微镜进行单道截面形貌的观察。使用Rigaku Ultima IVX射线衍射仪对涂层进行物相分析采用402MVD维氏显微硬度计测定Fe/Ti3SiC2复合涂层试样纵向各区域的显微硬度采用MMW-1B多功能摩擦磨损试验机对试样进行磨损性能分析。

 

 

 

 

 

 

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重要结论

 

 

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01

通过对不同工艺参数下的涂层摩擦总磨损量及其均值与极差分析可知,各因素对试验指标影响依次为:扫描速率、激光功率、送粉量。由K3A<K2A<K1A可知,A因素水平3比其他两个水平要好,同理K3B<K2B<K1B、K2C<K1C<K3C,可得出试验指标最高的为A3B3C2,即当激光速率为2.5KW、扫描速率14mm/s、送粉量15g/min时,摩擦销的磨损量最小,在试验水平中最低,与实验分析相一致。

 

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02

45钢基体试样及试样销磨损量为5.9mg1.7mg未添加Ti3SiC2Fe试样及试样销的磨损量为0.6mg2.5mg,最佳工艺参数下Fe/Ti3SiC2复合涂层磨损量最低,其试样和试样销的磨损量分别为0.4mg0.6mg表明制备的Fe基硬质涂层提高材料的摩擦磨损性能同时会提高对对磨件的损耗,而S9在提高自身的摩擦磨损性能的同时降低对磨件的磨损,表现出良好的减磨耐磨性能,表明在适当的工艺参数下Fe/Ti3SiC2复合涂层在提高材料摩擦磨损性能的同时对偶件起到降低磨损的作用


 

 

 

 

 

 

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课题组简介

 

 

论文主创

 

                         朱协彬

 

安徽工程大学教授,安徽省教学名师,现任安徽工程大学增材制造研究院院长、材料科学与工程学科带头人、再制造表面工程技术研究中心负责人,兼任全国增材制造委员会专家委员,安徽省增材制造协会常务理事,安徽省模协汽车装备及技术委员会委员兼常务秘书,芜湖市机械工程学会常务理事,材料成型及控制工程专业国家级一流专业负责人、工程教育专业认证专业负责人、省级教学团队负责人、《材料科学基础》省级一流课程负责人等。主要从事金属材料及增材制造,再制造表面工程技术,纳米复合氧化物材料等方向研究工作。主持国家自然科学基金、国家863”计划、湖南省科技计划、国防科技重点实验室基金、省级高等学校质量工程等各类产、学、研、教项目共计30余项,获安徽省科学技术二等奖1项、三等奖2项,省级教学成果奖二等奖1项;获授权发明专利29项、实用新型专利15项;发表论文66篇,其中SCIEI收录22篇。

 

 

 

 

团队介绍

 

 

京津冀再制造产业技术研究院再制造工程技术团队

 

京津冀再制造产业技术研究院张伟教授领衔的再制造工程技术团队出自国内再制造源起单位,是中国再制造技术创新与产业发展的重要实践者与推动者,长期从事再制造技术、政策法规、标准规范等研究工作,在装备表面工程、微纳米材料、增材再制造、典型装备及零部件再制造技术应用等方向具有深厚的研究基础。承担国家重点研发计划、自然科学基金、科技支撑重点专项、装备预研、河北省重点研发计划等科研项目数十项,获得国家自然科学奖、技术发明奖、科技进步奖等国家、省部级科技奖励30余项,发表学术论文500余篇,获授权发明专利100余项,出版专著20余部,牵头编制国家、行业、团体标准50余项。团队推动创建了再制造工程学科,组建了装备再制造技术国防科技重点实验室、河北省高端智能再制造产业技术研究院、机电产品再制造工程研究中心、机电装备再制造创新中心等创新平台,建立了再制造技术体系与国家标准体系,作为再制造领域国家智库核心专家,推动国家将再制造列入《中国制造2025》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》、《2030年前碳达峰行动方案》等政策法规与发展规划,为中国再制造产业发展做出了突出贡献。

 

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