激光功率对低碳钢表面激光熔覆钛合金涂层组织和性能的影响

目的 利用激光熔覆简便、高效的特点,在低碳钢表面开发低成本、短流程的耐蚀钛合金涂层,拓宽钛合金在海洋工程装备上的应用.方法 选择球形纯钛粉末,采用同步送粉式激光熔覆技术在低碳钢表面制备一层薄的钛合金涂层.通过单色红外测温仪对熔池的温度变化进行监测.利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等表征涂层的宏观形貌、微观形貌和相组成.借助万能试验机和维氏硬度计测试涂层的结合强度、剪切强度和硬度.使用电化学工作站在NaCl(质量分数3.5％)溶液中测试涂层的极化曲线和阻抗(EIS),以评价涂层的耐蚀性能.结果 采用激光熔覆技术在低碳钢表面成功制备了一层薄的耐蚀钛合金涂层.激光功率的选择对在低碳钢表面制备性能良好的钛合金涂层至关重要.一方面,激光功率会影响熔池的温度演变,随着功率的降低,熔池的最高温度降低,熔池寿命缩短.通过引入粉末沉积密度(ρPDD)和单位面积有效能量输入(Eeff)进一步描述工艺参数与涂层质量之间的关系.结果 表明,在 ρPDD(0.009 g/mm2)不变的情况下,要获得表面质量良好的涂层,需要将Eeff控制在一定范围(45～54 J/mm2)内.另一方面,激光功率会影响铁元素的热扩散,功率的增大会导致涂层表面的铁元素增多.由于铁元素在熔覆过程中的剧烈扩散,涂层的平均硬度皆大于400HV,预期对涂层的耐磨性能有正面影响.受到粉末束流对熔池的搅动作用,界面处形成了TiFe和Fe2Ti的混合区域,此时涂层的结合强度降低.通过调控功率来减少涂层表面的铁元素含量,有利于提高涂层的耐蚀性能,P10涂层表面铁元素的含量最少,其自腐蚀电位最正(?0.298 V),自腐蚀电流密度(1.117×10–7 A/cm2)最低,EIS结果 也进一步证实P10涂层具有良好的耐蚀性.结论 选择合适的激光功率可以在保证良好结合性能的同时,使熔覆层获得优异的耐蚀性.文中以激光熔覆方式在低碳钢表面制备了高性能的钛合金涂层,为钛合金在海洋工程装备上实现低成本、大面积应用奠定了基础.