激光器对Ni基碳化钨合金熔覆层组织结构和性能的影响

   为了研究激光器对Ni基碳化钨合金熔覆层组织结构和性能的影响，分别采用Nd：YAG与CO2激光熔覆技术在NAK80模具钢表面制备了Ni基碳化钨合金层，利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱仪、显微硬度计以及摩擦磨损试验机测试分析了2种熔覆层的组织结构、显微硬度及耐磨性能。结果表明：2种熔覆层与基体之间均呈现良好的化学冶金结合；熔覆层组织主要为粗大的未熔碳化钨颗粒和均匀分布的树枝晶，Nd：YAG激光熔覆层的组织比CO2激光熔覆层的细小；2种熔覆层相结构主要包括WC，W2C，Cr23C6，NiCr，CrB2以及γ-Ni等；2种激光器熔覆处理后，NAK80模具钢表面硬度和耐磨性都得到显著改善，CO2激光熔覆层的硬度和耐磨性高于Nd：YAG激光熔覆层，2种激光熔覆试样的磨损机制均为磨粒磨损。

   模具的失效主要表现为磨损、塑性变形、疲劳断裂以及脆性过载断裂等形式，且常从其表面开始。模具表面处理常用的技术包括淬火、热扩渗、堆焊、电镀硬铬、物理气相沉积、化学气相沉积、离子注入、热喷涂、热喷焊等，都可以在一定程度上延长模具的使用寿命，但存在工艺复杂、处理周期长、模具变形大、表层薄而脆等缺点。激光熔覆具有稀释率低、热影响区小、与基体形成冶金结合、熔覆件变形小、过程易于实现自动化等优点，已逐步应用于模具制造业中。目前，用于激光熔覆处理的激光器主要有Nd：YAG和CO2两种。Nd：YAG激光的吸收率比CO2激光高［8］，前者适用于中小功率、中小尺寸和精度要求较高的熔覆处理，多用于有色金属；而后者适用于大功率、大尺寸、精度要求较低的熔覆处理，多用于黑色金属。

   Ni基自熔性合金粉末具有良好的耐磨性、润湿性以及适中的价格，在激光熔覆处理中已得到广泛应用。碳化钨是一种硬度高、熔点高、热膨胀系数小、耐磨性极佳的陶瓷材料，与Ni基合金之间有很好的润湿性。有关激光熔覆Ni基碳化钨合金粉末制备耐磨、耐腐蚀涂层的研究较多，但有关激光器对Ni基碳化钨合金熔覆层组织结构和性能影响的研究鲜见报道。本工作分别采用Nd：YAG和CO22种激光器在NAK80模具钢表面制备了Ni基碳化钨合金层，比较了2种熔覆层的组织结构、显微硬度和耐磨性能，为模具表面处理中合理选择激光器提供了依据。