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H13钢具有淬硬性高,高温强度、韧性好,常用于铝合金、锌合金、镁合金和铜合金压铸模具制造。压铸模具服役期间,长期承受热负荷、机械负荷和化学负荷,表面容易出现热裂纹、磨损、变形和腐蚀等缺陷,严重影响H13钢压铸模具寿命。激光熔覆技术能根据材料表面性能需求,制备具有良好机械性能(硬度、耐磨性能、抗热疲劳性能)和耐腐蚀性能的涂层。本文通过激光熔覆技术,在H13钢表面制备Co基和Ni基合金涂层,提高基体耐热疲劳性能和耐磨性能。实验内容主要包括,激光熔覆工艺参数优化、微观形貌观察、物相分析和成分分布测试;性能测试方面,对涂层显微硬度、热疲劳性能和耐磨性能进行了研究,并得出以下结论: (1)利用JJM-1GXY-800B Nd:YAG激光器在H13钢表面制备Co基合金涂层的优化工艺为:扫描速度120mm/min,电流200A,脉宽6ms,频率6Hz,离焦量+10mm,气体流量5L/min,搭接率45%。 (2)优化工艺后,H13钢表面制备的Co基和Ni基合金涂层,无明显孔洞、裂纹且与基体呈冶金结合。两种合金涂层组织形貌相似,涂层主要由细小枝晶和共晶组成。涂层从底部到表层依次为平面晶、胞状晶、树枝晶和等轴晶;涂层底部和中部晶粒具有方向性,表层晶粒不具有方向性。 (3) Co基合金涂层物相由γ-Co固溶体和M23C6化合物组成;Ni基合金涂层物相由γ-Ni固溶体和M23C6、M7C3、Ni3Fe、Ni3B等化合物组成。固溶体的存在和化合物的弥散分布,对涂层起到固溶强化和弥散强化作用。 (4) Co基和Ni基合金涂层的横截面显微硬度从表面到基体逐渐降低。在细晶强化、固溶强化和弥散强化共同作用下,Co基合金涂层硬度最高可达706HV0.2,Ni基合金涂层硬度最高可达721HV0.2。接近冶金结合区,涂层受到基体中Fe元素扩散而硬度降低。 (5)热疲劳测试结果表明,热循环试验后样品表面均有氧化物产生。热循环500次后,H13钢表面观察到大量热裂纹;热循环1000次后,Ni基合金涂层表面观察到少量热裂纹;而Co基合金涂层表面未观察到热裂纹。三种试样的硬度,随着热循环次数增加而降低。热循环1000次后,试样表面硬度变化为,Co基合金涂层降低24.4%,Ni基合金涂层降低26.7%,H13钢降低37.7%。综上,抗热疲劳性能Co基合金涂层>Ni基合金涂层>H13钢。 (6)耐磨性能测试结果表明,常温下耐磨性能为Ni基合金涂层>Co基合金涂层>H13钢。在500℃下,耐磨性能为Co基合金涂层>Ni基合金涂层>H13钢。热循环1000次后,合金涂层耐磨性能远优于H13钢,而Co基合金涂层略优于Ni基合金涂层。 综合对比Co基合金涂层、Ni基合金涂层和H13钢的热疲劳性能、耐磨性能及热疲劳后耐磨性能可知:Co基涂层抗热疲劳性能、高温耐磨性能及热疲劳后耐磨性能最好;Ni基涂层室温条件下耐磨性能最好。考虑到热作模具的实际工况,Co基合金涂层更能有效提高H13钢表面性能。