AbstraktStellite6 Co-baserede legeringslag blev fremstillet på 316L rustfrit stålsubstrat ved hjælp af lasertrådfremført beklædning. Beklædningslagenes dannelse, fortyndingshastighed, mikrostruktur, kemiske sammensætning, mikrohårdhed og slidstyrke blev analyseret. Resultaterne indikerer, at den tolagede laserbeklædningsprocessen kan sikre optimal dannelse af beklædningslaget med en fortyndingshastighed på under 5%, og at fortyndingshastigheden er ensartet. Beklædningslagets mikrostruktur er en subeutektisk struktur bestående af dendritisk Co-rig fast opløsning og netværkseutektiske karbider, og den har en højere koncentration af netværkskarbider i det øverste lag sammenlignet med det nederste lag. Den tolagede beklædningsprocessen resulterer i en trinvis stigning i hårdheden i beklædningslagets lodrette retning, som stabiliserer sig efter at have nået en tykkelse på 1.8 mm. Den vandrette mikrohårdhed af beklædningslaget nær overfladen er relativt ensartet og spænder fra 450 HV til 550 HV. Tolagsbeklædningsprocessen udviser overlegen slidstyrke med en friktionskoefficient på 0.37 og en reduktion af massetab på 53.9% sammenlignet med basismaterialet. Slidmekanismen i tolagsbeklædningsprocessen ændrer sig fra adhæsivt slid på underlaget til abrasivt slid.

316L rustfrit stål er rustfrit stål tilsat Mo til 18Cr-8Ni, hvilket forbedrer dets modstandsdygtighed over for grubetæring i Cl-miljø og har fremragende mekaniske egenskaber. Det anvendes i vid udstrækning inden for energi, kemi og andre områder til fremstilling af rørledninger og strukturelle dele i barske miljøer såsom høj temperatur, højt tryk og korrosion [1-2]. For at forbedre slidstyrken og korrosionsbestandigheden af ​​316L er det normalt nødvendigt at fremstille et funktionelt lag med fremragende ydeevne på overfladen [3].

En almindeligt anvendt overfladebehandlingsmetode er kemisk forkromning, men forarbejdningen af ​​denne metode er alvorligt forurenende, og belægningens kvalitet er ustabil. Belægningen og substratet er ikke-metallurgisk bundet, og der er risiko for, at belægningen falder af, når den bruges ved høje temperaturer i lang tid [4]. Koboltbaserede legeringer (Stellit-legeringer) har høj styrke, hårdhed, slidstyrke og korrosionsbestandighed ved både stuetemperatur og høj temperatur og er ideelle slidstærke og korrosionsbestandige lagmaterialer til 316L rustfrit stål i barske miljøer [5]. I øjeblikket anvendes argonbuesvejsning, plasmabue og andre beklædningsmetoder eller sprøjtemetoder almindeligvis til at danne en metallurgisk binding mellem koboltbaserede legeringer og substratet for at opnå et legeringslag med fremragende ydeevne. Sankarapandian et al. [6] brugte argonbuesvejsning til at beklæde Stellite6-legering på A36-substrat. Jo flere karbider i Stellite6-legeringslaget, kan effektivt forbedre substratets slidstyrke. Koboltbaserede legeringer har dog normalt store forskelle i ydeevne fra substratet. Energien i lysbuebeklædningen er stor og spredt, hvilket let kan føre til en høj fortyndingshastighed for belægningen og en større tendens til revner [7]. Oxyacetylen-flammesprøjtning anvendes i belægningsforberedelse, fordi dens flammecentertemperatur er lavere end for elektrisk lysbue, fortyndingshastigheden er let at kontrollere, og udstyrets tilgængelighed er god. Sun Delin [8] brugte oxyacetylen-flammesprøjtningsprocessen til at udføre overfladebehandling på overfladen af ​​hule tyndvæggede valser. Gennem streng proceskontrol og forvarmning, langsom afkøling og andre foranstaltninger blev der opnået en belægning med god formning og fremragende ydeevne. Costel-Relu et al. [9] brugte oxyacetylen-flammesprøjtning af NiCrBSi/WC-12Co-kompositbelægning på overfladen af ​​rustfrit stål for at forbedre substratets kavitationskorrosionsbestandighed. Denne metode betjenes dog manuelt, og der er problemer såsom streng temperaturkontrol under sprøjteprocessen, høj arbejdsintensitet og ustabil belægningskvalitet på grund af menneskelig påvirkning.

Laserbeklædning er en overfladebehandlingsmetode, der bruger laser til hurtigt at smelte beklædningsmaterialet på substratoverfladen og derefter hurtigt størkne det for at opnå et højtydende funktionelt lag, der danner en metallurgisk binding med substratet [10]. Laserbeklædning har fordelene ved koncentreret energi, lav fortyndingshastighed, god beklædningslagsydelse og nem automatisering. Derudover kan dens punktdiameter nå mindre end 1 mm, og styringen er mere præcis sammenlignet med andre overfladebehandlingsmetoder [11]. Soltanipour et al. [12] undersøgte effekten af ​​laserbeklædningsprocesparametre på mikrostrukturen af ​​Stellite6-pulverbeklædningslaget på X19CrMoNbVN11-1 rustfrit stålsubstrat. Stigningen i lasereffekt førte til en stigning i cellulære krystaller ved grænsefladen mellem beklædningslaget og ligeaksede krystaller på overfladen. Ved at optimere procesparametrene blev der opnået et velsmeltet og defektfrit beklædningslag. Maximilian et al. [13] laserbeklædte Stellite6-legeringspulver på en grå støbejernsoverflade og undersøgte effekten af ​​lasereffekt på fortyndingshastigheden, geometrien og hårdheden af ​​beklædningslaget. De fandt ud af, at lavere effekt resulterede i en finere struktur og flere karbider, hvilket gav en belægning med højere hårdhed. Wang Weidong et al. [14] udførte multi-pass laserbeklædning af Stellite6-legeringspulver på overfladen af ​​H13 varmbearbejdningsstål og fandt, at multi-pass beklædningslaget havde en højere hårdhed end det enkeltlagede beklædningslag, og dets langsgående hårdhedsudsving var større, men det påvirkede ikke dets samlede hårdhedsændringstendens. I sidste ende øgede laserbeklædningen dens mikrohårdhed og forbedrede effektivt overfladeegenskaberne.

Leunda et al. [15] brugte laserbeklædning til at fremstille NiCr-WC-beklædningslag på den indre væg af dobbeltcylindriske huldele. Ved at optimere procesparametrene blev substratet forvarmet til 350°C, og et mellemliggende bufferlag blev tilføjet for at reducere beklædningslagets tendens til revner. Udnyttelsesgraden af ​​beklædningsmaterialet blev forbedret ved at bruge uregelmæssigt formede pulvere, og endelig blev et velformet og fremragende beklædningslag fremstillet på den indre væg af et dobbeltcylindrisk hul med en længde på 300 mm og en indre diameter på 110 mm. Zhu Mingdong et al. [16] udførte Stellite6-legeringspulverlaserbeklædning på planet af 304LN rustfrit stål og den indre væg af et lille hul. Ved at optimere procesparametrene for plan laserbeklædning blev der opnået et beklædningslag med lav fortyndingshastighed og et defektfrit lag. Resultaterne af slidtest og korrosionstest viste, at laserbeklædning forbedrede slidstyrken og korrosionsbestandigheden af ​​dens overflade og den indre væg af det lille hul. I øjeblikket fokuserer forskningen i laserbeklædning af koboltbaserede legeringer primært på pulvermaterialer. Laserbeklædning af pulvermaterialer har dog problemer med lav materialeudnyttelse og høj forurening. Derudover forårsager diskontinuiteten i pulvermaterialerne let, at laseren påvirker substratet, hvilket resulterer i stor termisk belastning. Visse temperaturkontrolforanstaltninger er nødvendige for at forhindre revner, deformation og andre problemer. Koblingen mellem tråd og laser er dog bedre, temperaturkontrollen skal være mindre, og materialeudnyttelsesgraden er tæt på 100%, så det har fået bred opmærksomhed [17]. Derfor bruger denne artikel lasertrådfremføringsbeklædning til at fremstille en 3 mm tyk Stellite6 koboltbaseret legeringsbelægning på et 316L-substrat, undersøger indflydelsen af ​​laserbeklædningsprocessen på fortyndingshastigheden og formningskvaliteten af ​​beklædningslaget, analyserer indflydelsen af ​​beklædningsprocessen på struktur og ydeevne og giver et eksperimentelt grundlag for at forbedre slidstyrken og levetiden for 316L rustfrit ståloverflade.

1 Eksperimentelle materialer og metoder

• Laserbeklædningsmaterialer

Testen valgte et substrat på 30 mm × 30 mm × 10 mm, substratmaterialet var 316L rustfrit stål. Beklædningsmaterialet var en kvasi-1.2 mm Stellite6 massiv svejsetråd. Den kemiske sammensætning af substratmaterialet og beklædningsmaterialet er vist i tabel 1.

• Laserbeklædningsmetode

YLS-4000 fiberlaseren blev anvendt i eksperimentet, og den nominelle diameter af stedet var 200 μm. Under beklædningsprocessen blev en MOTOMAN NX100 seks-akset industrirobot anvendt til bevægelseskontrol, og en svejsetrådsklemmeanordning blev brugt til at sikre den koaksiale bevægelse af svejsetråden og laseren. Trådfremføringsmetoden var lateral fremføring. Substratoverfladen blev poleret før beklædning og rengjort med vandfri ethanol. Fjern urenheder såsom overfladeoxid og olie. Under beklædningen bruges en "bueformet" bane til at udføre flere beklædninger på substratoverfladen. Beklædningstykkelsen er 3 mm, og for at opnå ensartet tykkelse beklædes et ekstra lag ved kanten af ​​substratet for at forhindre smeltebadet i at kollapse. Eksperimentet udvalgte flere repræsentative grupper af lasertrådfremføringsbeklædningsprocesparametre til diskussion under hensyntagen til tre faktorer: lasereffekt, trådfremføringshastighed og antal beklædningslag. Den specifikke testplan er vist i tabel 2. De resterende parametre for beklædningsprocessen er 50 % overlapningshastighed, 99.9 % ren argongas som koaksial beskyttelsesgas og en gasstrømningshastighed på 20 l/min.

• Detektionsmetode

To blokprøver på 5.5 mm × 4 mm × 10 mm blev skåret fra beklædningslaget nær midten og nær kanten ved hjælp af trådskæring, og elementerne i beklædningslaget blev kvantitativt analyseret ved hjælp af et ThermoScientific Niton XL5 Plus håndholdt røntgenfluorescensspektrometer (XRF). Med Fe som objekt blev fortyndingshastigheden beregnet i henhold til formel (1).

Hvor: ω-laget

(Fe) er Fe-indholdet i beklædningslaget; ω base

(Fe) er Fe-indholdet i basismaterialet 316L, som betragtes som en konstant på 71.329% efter XRF-detektion; ω-materiale

(Fe) er Fe-indholdet i beklædningsmaterialet.

Der blev brugt trådskæring til at skære 12 mm × 10

mm×2 mm skiver fra tværsnittet af beklædningslaget. Efter at skiverne var indlagt, blev de først poleret trin for trin med 150#~3000# sandpapir og derefter mekanisk poleret til en spejlblank overflade med 2.5

μm diamantpasta. Den ætsende opløsning fremstilles ved 5 g

CuSO4

+50 ml LHCl + 50 ml LH2

O blev brugt til at slibe

10 sekunder, og derefter skyllet med alkohol og tørret for at fremstille en metallografisk prøve. Den makroskopiske morfologi af tværsnittet af beklædningslaget blev observeret ved hjælp af en stereoskopisk

AOSVI makroskopisk forstørrelsesglas. Det inverterede metallografiske mikroskop ICX41 blev brugt til at observere mikrostrukturen af ​​hvert mikroområde af beklædningslaget, og TM4000Plus desktop-scanningselektronmikroskop (SEM) blev brugt til at observere mikrostrukturen ved en højere forstørrelse, og EDS-spektret blev brugt til linjescanning og punktscanningsanalyse. HV-1000TPTA mikro-Vickers hårdhedsmåleren blev brugt til at teste mikrohårdheden af ​​beklædningslaget i længderetningen og 0.5 mm fra overfladen i tværretningen for at detektere dets hårdhedsændringslov og hårdhedsensartethed. Hårdhedstestparametrene var belastning 500 g og holdetid 10 sekunder. MFT-5000 friktions- og slidmåleren blev brugt til at udføre tørre friktions- og slidtest på substratet og beklædningslaget ved stuetemperatur. Friktionstilstanden var kugle-skive-friktion, friktionspartneren var en Si3N4 keramisk kugle med en diameter på 6.35 mm, og friktionstestbetingelserne var: belastning 35 N, hastighed 300 o/min, slidtid 30 min og slidradius 4.5 mm. Før og efter slid blev en præcisionsvægt (nøjagtighed 0.1 mg) brugt til at måle vægtøgning og -tab. OLS51003D laserscanningsmikroskopet blev brugt til at observere morfologien af ​​prøveoverfladen efter slid, og SEM og EDS blev brugt til at observere den mikroskopiske slidmorfologi.

2 Eksperimentelle resultater og diskussion

2.1 Makromorfologisk analyse af beklædningslag

Resultaterne af den tværsnitsmæssige makroskopiske morfologi og fortyndingshastighedstest for lasertrådfremføringsbeklædningslag fra forskellige processer er vist i figur 1. Ved sammenligning af skema 1 og skema 2 er fortyndingshastigheden for to beklædningslag betydeligt lavere end for ét beklædningslag. Forskellen i fortyndingshastighed mellem kant- og midterpositionen af ​​beklædningslaget i skema 2 er lille, hvilket indikerer, at tolagsbeklædningsprocessen bidrager til ensartetheden af ​​fortyndingshastigheden. Tykkelsen af ​​det andet lag i midterpositionen af ​​beklædningslaget i skema 2 er mindre, mens tykkelsen af ​​det andet lag ved kantpositionen er større. Dette skyldes, at når laserbeklædningen når kanten, og lasereffekten er stor, akkumuleres temperaturen i beklædningslaget for højt, når trådfremføringshastigheden er langsom, hvilket resulterer i kollaps af smeltebadet og overdreven smeltning af det første lag. Det kan også ses ud fra smeltelinjerne i skema 1 og skema 2, at mere basismateriale smeltes nær kanten, hvilket også er relateret til akkumulering af temperatur.

Ved sammenligning af Skema 2 og Skema 3, når lasereffekten reduceres fra 3200 W til 2600 W, og trådfremføringshastigheden øges fra 40 mm/s til 55 mm/s, reduceres fortyndingshastigheden af ​​beklædningslaget i Skema 3 betydeligt, og forskellen i fortyndingshastighed mellem kanten og midten er lille og mere ensartet. Smeltelinjen i Skema 3 er mere lige end i Skema 2, hvilket indikerer, at dens temperaturakkumuleringseffekt er mindre, og substratet smelter mindre ved kanten. Tykkelsen af ​​det andet lag i Skema 3 er også mere ensartet ved kanten og midterpositionen, hvilket også indikerer, at dets temperaturakkumuleringseffekt er mindre. I betragtning af fortyndingshastigheden og dannelsen af ​​beklædningslaget bestemmes Skema 3 til at være den optimale procesparameter for trådfremføringslaserbeklædning.

2.2 Mikrostruktur af beklædningslag

Mikrostrukturen af ​​​​beklædningslaget i hvert processkema blev observeret, som vist i figur 2. Det kan ses, at mikrostrukturerne af trådfremføringslaserbeklædningslagene i de tre processkemaer er ens, som alle er hypoeutektiske strukturer sammensat af en hvid dendritisk struktur og en grå-sort intergranulær netværksstruktur. Fra bunden af ​​​​beklædningslaget til toppen af ​​​​beklædningslaget øges den grå-sorte intergranulære struktur gradvist, og den hvide dendritiske struktur aftager gradvist. Dette fænomen er mere tydeligt i strukturen i skema 3, fordi den bruger en mindre lasereffekt og en hurtigere trådfremføringshastighed, hvilket resulterer i en lavere fortyndingshastighed. Fra bunden af ​​​​beklædningslaget til toppen af ​​​​beklædningslaget er kornmorfologien groft opdelt i fire områder: plan krystalregion, cellulær krystal og søjleformet krystalregion, dendritregion og ligeakset krystalregion.

For det nederste lag af beklædningslaget er der en tydelig grænseflade mellem beklædningslaget og substratet, nemlig fusionslinjen, hvilket indikerer, at beklædningslaget og substratet danner en god metallurgisk binding. Ved fusionslinjen er smeltebadet i direkte kontakt med substratet, temperaturgradienten (G) for faststof-væske-grænsefladen er stor, størkningshastigheden (R) er lille, og G/R er stor, hvilket får beklædningslagets krystaller til at vokse i form af plane krystaller. Efterhånden som faststof-væske-grænsefladen fortsætter med at bevæge sig opad fra bunden, akkumuleres varme gradvist, temperaturgradienten falder, og størkningshastigheden stiger, dvs. G/R falder, hvilket resulterer i en meget smal superkølezone for sammensætningen foran faststof-væske-grænsefladen. Krystallen vokser langs den retning med den hurtigste afkølingshastighed, og de andre vækstretninger undertrykkes, hvilket resulterer i udbulinger, der danner cellulære krystaller og søjleformede krystaller.

For midten af ​​beklædningslaget bevæger grænsefladen mellem fast stof og væske sig yderligere mod midten af ​​beklædningslaget, G/R falder yderligere, og krystallen ændrer sig gradvist fra grove søjleformede krystaller til søjleformede dendritter, som hovedsageligt består af grove primære dendritter og fine sekundære dendritter. Dendritternes vækstretning afhænger af varmestrømningsretningen og den krystallografiske orientering. Når det andet lag er belagt, påvirker dets termiske cyklus toppen af ​​det første lag, hvilket får det til delvist at smelte og præsentere karakteristika for samkrystallisation med det andet beklædningslag, hvilket får dets korn til at vokse. Sammenlignet med figur 2 (a2), (b2) og (c2) gør den lavere lasereffekt og hurtigere trådfremføringshastighed i skema 3 dets grå-sorte intergranulære struktur i mellemlaget mere tydelig; og forskellen i kornstørrelse mellem det andet lag og det første lag er mere tydelig, med flere dendritter. Den højere temperatur på termisk cyklus ved beklædning af det andet lag får kornene i det første lag til at vokse, mens den mindre lasereffekt og hurtigere trådfremføringshastighed får kornene i det andet lag til at være fine.

For toppen af ​​beklædningslaget er det i direkte kontakt med luften, med en hurtigere varmeoverførselshastighed, en hurtigere størkningshastighed, en meget lille G/R, og krystallerne er hovedsageligt små, ikke-retningsbestemte dendritter og ligeaksede krystaller. Sammenlignet med figur 2 (a3), (b3) og (c3) har skema 3 flere grå-sorte intergranulære strukturer, og strukturerne er tydeligvis finere på grund af dets lave lasereffekt og hurtige trådfremføringshastighed.

Elementfordelingen af ​​lasertrådens beklædningslag i længderetningen af ​​den optimale proces i skema 3 scannes, og resultaterne er vist i figur 3. Det kan ses, at Co-elementet stiger, og Fe-elementet falder, fra substratet til beklædningslaget. Elementindholdet ændrer sig trin for trin, og mutationspositionen er ved fusionslinjen og mellem det første og andet lag, hvilket indikerer, at beklædningslaget er godt smeltet sammen med substratet, og beklædning af de to lag hjælper med at reducere fortyndingshastigheden af ​​toppen. I skema 3 er laseren og svejsetråden godt koblet, og sidstnævnte lag smelter mindre af det foregående lag under beklædning.

Mikrostrukturen af ​​lasertrådfødebeklædningslaget i den optimale proces i Skema 3 blev observeret ved SEM, som vist i figur 4. Det kan ses, at mikrostrukturen af ​​Stellite6-laserbeklædningslaget er en typisk hypoeutektisk struktur, bestående af en dendritisk pro-eutektisk struktur (A) og en retikulær eutektisk struktur (B). Den eutektiske struktur i bunden af ​​beklædningslaget er mindre skeletlignende, mens den eutektiske struktur i toppen af ​​beklædningslaget er mere retikulær, hvilket er i overensstemmelse med de strukturelle egenskaber under det optiske mikroskop. De typiske strukturelle områder (A og B) af beklædningslaget blev yderligere scannet. Resultaterne er vist i tabel 3. Den dendritiske pro-eutektiske struktur (A) har flere Co-elementer og er en Co-rig fast opløsning. Den retikulære eutektiske struktur (B) har flere C-, Cr- og W-elementer. Det spekuleres i, at det primært er eutektiske karbider af Cr og W. Hu Xiyun [18] rapporterede også, at strukturen af ​​Stellite6-laserbeklædningslaget er en pro-eutektisk fast opløsning og eutektiske karbider, hvilket svarer til situationen i denne artikel. Sammenlignet med bunden af ​​beklædningslaget har toppen af ​​beklædningslaget en større eutektisk karbidnetværksfordeling, hvilket indikerer, at tolagsbeklædningsprocessen er gavnlig for at øge den øverste karbid ved at reducere fortyndingshastigheden.

2.3 Ydeevne af beklædningslaget

Hårdheden af ​​lasertrådfremføringsbeklædningslaget i hvert skema blev testet i længde- og tværretningen, og resultaterne er vist i figur 5. Som det fremgår af figur 5 (a), er hårdheden af ​​substratet 316L 180-230HV, hvilket er betydeligt lavere end beklædningslagets hårdhed. Substratets hårdhed nær fusionslinjen stiger en smule. Fra substratet til beklædningslaget stiger hårdheden betydeligt. Fra bunden til toppen af ​​beklædningslaget bruger skema 2 og 3 en tolagsbeklædningsproces, og hårdheden viser en trinvis stigning. Det vil sige, at der er en stor ændring i beklædningslagets hårdhed ved en tykkelse på 1.8-2 mm, hvilket er i overensstemmelse med tendensen for elementændringer vist ved EDS-linjescanningen i figur 3, hvilket indikerer, at tolagsbeklædningsprocessen kan forbedre hårdheden af ​​toppen af ​​beklædningslaget ved at reducere fortyndingshastigheden. Sammenlignet med skema 2 har skema 3 en lav lasereffekt og en hurtig trådfremføringshastighed. Hårdheden af ​​det andet beklædningslag er højere, ved 450-550HV. Toppen af ​​beklædningslaget i skema 3 har flere eutektiske karbidstrukturer fordelt i et netværk og finere dendritter og ligeaksede krystaller, hvilket bidrager til at forbedre dets hårdhed. Figur 5 (b) tester ensartetheden af ​​beklædningslagets hårdhed i tværretningen. Hårdhedstendensen for beklædningslaget i hvert skema svarer til testresultaterne for den langsgående hårdhed. Den tværgående hårdhed af beklædningslaget i skema 3 er mellem 450 og 550HV, hvilket er relativt ensartet. Hårdheden i midten af ​​beklædningslaget er lidt højere end hårdheden nær de to kanter. Dette skyldes hovedsageligt, at varmeakkumuleringen får temperaturen til at stige, når man beklæder til kanten. Ved beklædning ved kanten er det smeltede substrat lidt mere, fortyndingshastigheden er lidt højere, og kornene er grovere.

Friktions- og slidtest blev udført på 316L-substratet og Stellite6-laserbeklædningslaget fra Skema 1 og Skema 3. Friktions- og slidegenskaberne for substratet, etlagsbeklædningen og tolagsbeklædningsprocesserne blev sammenlignet og analyseret. Resultaterne er vist i figur 6. Figur 6 (a) viser, at friktionskoefficienterne for de tre prøver alle ændrede sig dramatisk i begyndelsen, som var indkøringsslidstadiet. Dette skyldes, at tilstedeværelsen af ​​overfladeruhed og ujævnheder i kontaktfladen på mikroskopisk niveau forårsagede store fluktuationer i friktionskoefficienten. Efterfølgende havde friktionskoefficienten en tendens til at stabilisere sig, fordi de mikroskopiske fremspring på kontaktfladen blev udglattet [19]. I det stabile slidstadium var friktionskoefficienten for 316L-substratet i gennemsnit 0.47, hvilket var højere end friktionskoefficienterne for etlagsbeklædningen (0.37) og tolagsbeklædningen (0.37). Figur 6 (b) sammenligner og analyserer vægttabet for de tre prøver før og efter slid. Vægttabet for 316L-substratet er 11.5 mg, mens vægttabet for det slidstærke Stellite6-lag efter beklædning af ét lag er 7.3 mg, hvilket er 36.5 % mindre end for substratet; vægttabet for det slidstærke Stellite6-lag efter beklædning af to lag er 5.3 mg, hvilket er 53.9 % mindre end for substratet. Derfor kan Stellite6-laserbeklædningslaget forbedre slidstyrken for 316L-substratet, og slidstyrken for den tolagede beklædningsprocessen er bedre.

Slidspormorfologien for de tre prøver efter friktionsslid er vist i figur 7. Figur 7 (a), (d) og (g) viser, at slidsporet på 316L-substratet er bredt og dybt; mens slidsporet på Stellite6-laserbeklædningslaget er smalt og overfladisk, og der er et lille antal rillemærker fordelt makroskopisk; slidsporet på den tolagsbeklædning er smallere og mere overfladisk, og der er flere rillemærker. Figur 7 (c), (f) og (i) viser de tværgående morfologiske profiler af slidsporene for de tre prøver. Slidbredden på 316L-substratet er 1380 μm, og den maksimale sliddybde er 41.5 μm; mens slidbredden på beklædningslaget er 867.5 μm, hvilket er meget mindre end substratet, og den maksimale sliddybde er 43.8 μm, hvilket svarer til substratet; Slidbredden på den tolagsbeklædning er 750 μm, hvilket er den mindste, og den maksimale sliddybde er 29.0 μm, hvilket også er den mindste. Derfor kan Stellite6-laserbeklædningslaget reducere slidbredden og -dybden på 316L-substratet, og den tolagsbeklædningsprocessen kan reducere den endnu mere.

SEM blev yderligere brugt til at karakterisere slidmorfologien af ​​de tre prøver, som vist i figur 8. Figur 8 (a), (c) og (e) viser, at rillefunktionen i Stellite6-laserbeklædningslaget er mere tydelig end i 316L-substratet. Slidkanten på 316L-substratet kan tydeligt observeres at være ekstruderet og akkumuleret på grund af plastisk deformation under slid; ekstruderingsfænomenet ved slidkanten af ​​beklædningslaget er mere mindre, og slidkanten af ​​beklædningslaget er relativt glat. EDS-linjescanningsresultaterne viser, at der er en fremspring i O-indholdet på slidstedet for 316L-substratet, hvilket indikerer, at varmen genereret af friktion og slid har forårsaget oxidation, mens O-indholdet i slidoverfladen på beklædningslaget og beklædningslaget har ændret sig lidt, hvilket indikerer, at graden af ​​oxidation under slid er lille. Ved yderligere at forstørre slidmorfologien, som vist i figur 8 (b), (d) og (f), kan plastisk deformation, revner, afskalning af materialet og fænomenet med klæbende slid observeres fra 316L-substratet. Dette skyldes, at 316L-matricen er relativt blød. Når forskydningskraften under friktion og slid er større end flydespændingen for 316L, vil matrixen undergå plastisk deformation, hvilket danner små huller og mikrorevner. Efterhånden som slidtiden stiger, udvider mikrorevnerne sig, og matrixen falder af i lag. En lille mængde pløjeriller kan observeres i slidmorfologien, hvilket indikerer, at slidformen af ​​316L-matricen hovedsageligt er klæbende slid og en lille mængde abrasivt slid. Wang et al. [20] rapporterede også lignende slidmorfologiske egenskaber for 316L rustfrit stål. Fænomenet med plastisk deformation af slidmorfologien af ​​beklædningslaget er mindre, hovedsageligt en stor mængde pløjeriller, hvilket indikerer, at dens slidform hovedsageligt er abrasivt slid og en lille mængde abrasivt slid. Stellite6-laserbeklædningslaget indeholder en fast opløsning af Cr, W og andre elementer, hvilket forbedrer beklædningslagets hårdhed og deformationsmodstand. De eutektiske karbider, der findes mellem kornene, fungerer som hårde punkter, hvilket yderligere hindrer deformationen af ​​matrixen. Under slid falder de hårde karbider delvist af på grund af spændingskoncentrationen og danner huller. De nedfaldne hårde partikler fungerer som slibemidler, hvilket får beklædningslaget til at danne en fureform. Slidmorfologien for de to beklædningslag ligner den for det ene beklædningslag. Fænomenet plastisk deformation reduceres yderligere, og dets slidform er i overensstemmelse med den for det ene beklædningslag.

3 Konklusion

• Stellite6-legering blev beklædt på overfladen af ​​316L rustfrit stål ved hjælp af en tolags lasertrådsbeklædningsproces. Ved at justere procesparametrene kan der opnås et beklædningslag på ca. 3 mm tykkelse med god formation og uden defekter såsom indeslutninger og revner. Fortyndingshastigheden i midten og kanten af ​​beklædningslaget er relativt ensartet og er mindre end 5%.
• Mikrostrukturen af ​​lasertrådfremføringsbeklædningslaget er en hypoeutektisk struktur, nemlig en dendritisk Co-rig præeutektisk fast opløsning og et netværk af eutektiske Cr- og W-karbider. De eutektiske karbider er færre i bunden af ​​beklædningslaget og flere i toppen. Mindre lasereffekt og hurtigere trådfremføringshastighed vil føre til dannelsen af ​​flere netværk af eutektiske karbider i toppen af ​​beklædningslaget. (3) Fra substratet til det første beklædningslag og derefter til det andet beklædningslag øges hårdheden af ​​Stellite6-trådfremføringslaserbeklædningslaget trinvis i længderetningen og stabiliserer sig endelig efter en tykkelse på 1.8 mm; beklædningslagets hårdhed er relativt ensartet i tværretningen nær overfladen og spænder fra 450 til 550 HV, og midtens hårdhed er lidt højere end kantens, hvilket er relateret til varmeakkumuleringen under beklædningen. (4) Slidstyrken af ​​lasertrådfremføringsbeklædningslaget blev evalueret ved friktions- og slidtest. Resultaterne viser, at slidtilstanden for beklædningslaget ændrer sig fra klæbende slid på 316L-substratet til abrasivt slid på grund af den faste opløsning af Cr, W og andre elementer samt tilstedeværelsen af ​​et stort antal netværk af hårde karbider, hvilket forbedrer substratets slidstyrke betydeligt. Friktionskoefficienten for beklædningsoverfladen med to lag beklædning er 0.37, og vægttabet reduceres med 53.9% sammenlignet med substratet.