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研究成果

针对激光熔覆Ni基合金耐磨与耐冲击性不佳的问题，通过添加WC颗粒的方式提高Ni基熔覆层耐磨与耐冲击性能。

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所做工作

采用含微米与纳米WC颗粒的Ni基粉末激光熔覆制备WC/Ni涂层。利用SEM、XRD、高速摄像、磨损试验机、夏比冲击试验机等设备对含两种WC颗粒涂层进行微观组织、耐磨性与耐冲击性研究，并结合有限元分析得到含WC颗粒涂层的冲击断裂机理。

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主要结果

微米WC能显著增强涂层耐磨性，磨损率较Ni45涂层降低88.38%。但微米WC的高脆性不利于涂层耐冲击性的提高，冲击韧性仅为Ni45涂层的91.28%。纳米WC能细化涂层晶粒并提高涂层耐磨性，磨损率较Ni45涂层降低53.43%。添加纳米WC还能使涂层耐冲击性得到显著提高，冲击韧性较Ni45涂层提高13.37%。

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主要结论（新发现）

纳米WC对熔池流动的促进作用强于微米WC，使涂层组织得到更显著的细化。由于纳米WC在细化晶粒的同时会弥散分布于晶界与共晶区，在磨损过程中阻碍位错运动，抑制晶粒塑性变形，进而减弱配磨件对涂层的切削，提高涂层耐磨性。由于在晶界与共晶区的纳米WC会阻碍裂纹扩展并改变扩展方向，进而提高形成贯穿裂纹的能量，增加涂层断裂所需的冲击功。通过有限元分析可知，在冲击过程中涂层中的高脆性微米WC会形成高应力集中，证明其对涂层耐冲击性具有不利影响。而纳米WC能降低位错的不均匀滑移，缓解位错堆积，进而有效分散涂层在冲击过程中形成的应力集中。上述证明纳米WC能显著提高复合涂层的耐冲击性能。研究表明，纳米WC能实现涂层耐磨性与耐冲击性的同步提升

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价值意义（创新）

激光熔覆纳米WC增强Ni基耐磨耐冲击复合涂层能有效延长受磨损与冲击破坏部件的使用寿命，在提高零部件耐磨与耐冲击性方面具有重要的应用与参考价值。

激光熔覆工艺试验示意图

熔池高速摄像形貌

涂层磨损率

涂层冲击韧性

夏比冲击试验模型+纯Ni45涂层

含微米、纳米WC涂层

涂层夏比冲击试验模型

涂层冲击过程应力分布

石岩博士，长春理工大学教授，博士生导师。分别于2005、2008、2009年在德国汉诺威激光中心、澳大利亚阳光海岸大学、日本千叶大学进行交流访问、培训学习及共同研究等工作，2012—2013年间以国家公派访问学者身份在美国密歇根大学师从美国院士Mazumder教授从事激光加工领域研究。现任科技部光学国际科技合作基地主任。长期从事激光加工技术领域的研究与应用工作，作为项目负责人或技术骨干完成包括国防973、科技部重大专项、科技部国际合作、装备预研共用与专用技术、吉林省科技厅等国家或省部科研课题10余项，获省部级科技进步二等奖3项、三等奖2项；发表学术论文60余篇，SCI收录20余篇，EI收录20余篇，获专利授权10余项，吉林省第十三批有突出贡献中青年专业技术人才。