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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備對含兩種WC顆粒涂層進行微觀組織、耐磨性與耐沖擊性研究，并結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 主要結論（新發現）

納米WC對熔池流動的促進作用強于微米WC，使涂層組織得到更顯著的細化。由于納米WC在細化晶粒的同時會彌散分布于晶界與共晶區，在磨損過程中阻礙位錯運動，抑制晶粒塑性變形，進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的納米WC會阻礙裂紋擴展并改變擴展方向，進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，進而有效分散涂層在沖擊過程中形成的應力集中。上述證明納米WC能顯著提高復合涂層的耐沖擊性能。研究表明，納米WC能實現涂層耐磨性與耐沖擊性的同步提升

5 價值意義（創新）

激光熔覆納米WC增強Ni基耐磨耐沖擊復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

夏比沖擊試驗模型+純Ni45涂層

含微米、納米WC涂層  涂層夏比沖擊試驗模型

涂層沖擊過程應力分布

課題組負責人

石巖  博士，長春理工大學教授，博士生導師。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、日本千葉大學進行交流訪問、培訓學習及共同研究等工作，2012—2013年間以國家公派訪問學者身份在美國密歇根大學師從美國院士Mazumder教授從事激光加工領域研究。現任科技部光學國際科技合作基地主任。長期從事激光加工技術領域的研究與應用工作，作為項目負責人或技術骨干完成包括國防973、科技部重大專項、科技部國際合作、裝備預研共用與專用技術、吉林省科技廳等國家或省部科研課題10余項，獲省部級科技進步二等獎3項、三等獎2項；發表學術論文60余篇，SCI收錄20余篇，EI收錄20余篇，獲專利授權10余項，吉林省第十三批有突出貢獻中青年專業技術人才。

課題組研究方向

在激光表面熔覆理論與技術研究方向上，課題組面向國家重點研發計劃的需求，針對高硬度微小型多微孔零件，提出、設計并優化的激光熔覆用紫銅輔助工藝裝置技術，避免了該類高硬度、復雜形狀的小尺寸關鍵件在激光熔覆過程中變形、燒蝕、高溫回火等現象的產生。通過碳棒鑲嵌技術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、高耐磨性能及優良的耐油流沖蝕性能。通過梯度涂層設計與制備技術的研究，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用基礎。

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