激光熔覆Co基自熔性粉末讲解
激光熔覆Co基自熔性粉末讲解
金相组织
图ห้องสมุดไป่ตู้ Co基合金金相组织
裂纹检测
图2 未掺杂的高硬度Co基熔覆层
图3 掺杂Y2O3的高硬度Co基熔覆层
小 结
1、Co基自熔性粉末良好的高温性能和耐蚀、耐磨性能，应
用于石化、电力、冶金等工业领域的耐磨耐蚀耐高温等场合；
2、粉末含有Ni、C、Cr 、W和 Fe 等元素，富铬碳化
物是提高硬度的主要因素；
成分：
Co 基合金所用的合金元素主要是Ni、C、Cr 、W和 Fe 等，B和
Si形成自熔合金 合金元素作用：
1、Ni 元素可以降低 Co 基合金熔覆层的热膨胀系数，减小合金的
熔化温度区间，有效防止熔覆层产生裂纹，提高熔覆合金对基体的润 湿性。
2、Co与Cr生成稳定的固溶体, 在此基础上弥散分布着各种碳化物
和硼化物（硬度在2000HV以上）, 导致合金具有更高的耐磨损、耐腐 蚀和抗氧化的能力
Co基（司太立）合金
表1 合金牌号对应的化学成分
Co基 Stellite 3 Stellite 4 Stellite 6 Stellite 7 Stellite 12 Stellite 20 Stellite 21 Stellite 31 硬 度 55 47 41 33 49 57 33 33 C 2.4 1.0 1.0 0.4 1.8 2.5 0.2 0.5 化学成分（wt.%） Cr Mo Fe W Ni 30 33 28 26 29 33 27 26 6 7 1 13 14 5 6 8 18 2 10 Co 余 量 余 量 余 量 余 量 余 量 余 量 余 量 余 量 典型用途 泵的轴套、旋转密封环、耐磨衬 垫、轴承套、阀芯球 热冲压模、热挤压模、电池模、 锯齿 蒸汽和化工阀座 蒸汽涡轮机叶片、挤压模 热冲压模、热挤压模等 泵的轴套、旋转密封环、耐磨衬 垫、轴承套 蒸汽涡轮机叶片、挤压模 蒸汽涡轮机叶片、挤压模
激光熔覆技术
激光熔覆技术的研究现状及应用陈宝洲（南华大学机械工程学院湖南衡阳邮编：421001）摘要：本文逐次介绍了激光熔覆技术的原理、特点、材料体系、激光熔覆存在的问题、激光熔覆层裂纹产生的原因及防止措施，阐述了其工业应用，最后分析了其发展趋势。
关键词：激光熔覆；材料体系；应用Laser cladding technology research and ApplicationChen Baozhou(College of Mechanical Engineering, University of South China, Heng Y ang, 421001, China) Abstract: This paper introduces the technology of laser cladding by the principle, characteristics, material system, the problems of laser cladding, laser cladding crack causes and prevention measures, and expounds its application in industry, finally analyzes its development trend.Key words: laser cladding; material system; application1 引言激光熔覆技术是一项新兴的零件加工于表面改型技术。
具有较低稀释率、热影响区小、与基面形成冶金结合、熔覆件扭曲变形比较小、过程易于实现自动化等优点。
激光熔覆技术应用到表面处理上，可以极大提高零件表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀、耐疲劳等机械性能，可以极大提高材料的使用寿命。
同时，还可以用于废品件的处理，大量节约加工成本。
激光溶覆应用到快速制造金属零件，所需设备少，可以减少工件制造工序，节约成本，提高零件质量，广泛应用于航空、军事、石油、化工、医疗器械等各个方面。
激光熔覆原位自生增强颗粒复合涂层讲解
激光熔覆原位自生增强颗粒复合涂层激光熔覆陶瓷颗粒增强金属基复合涂层是一项先进的表面技术,它可改善材料表面性能,如耐磨性、耐蚀性、抗氧化、抗热震能力等。
在该技术中,激光熔覆原位自生陶瓷增强复合涂层的方法是在激光照射下,通过元素之间或元素与化合物之间的原位反应,在涂层内原位生成一种或几种高强度、高弹性模量的陶瓷增强相,由于这种增强体是原位形核、长大的热力学稳定相,其表面无污染,因而避免了与基体相容性不良的问题,且界面结合强度高。
为了在钛合金表面获得良好的耐磨涂层,本文熔覆涂层分别选用了市售的KF-Co50和自制的CoBTiSi 复合涂层粉末进行实验。
利用XRD、SEM、和EMPA等分析手段对激光熔覆层的微观组织进行分析;在HX-1型显微硬度计测量涂层微区组织的显微硬度值,在UMT-2型多功能摩擦磨损测试仪上进行干滑动摩擦磨损实验。
同时为了在铜合金表面得到良好的激光熔覆层,把理论与试验相结合,通过热力学理论计算,选择出Ni基熔覆涂层体系,利用横流CO_2激光器在铜合金表面原位自生陶瓷颗粒增强涂层。
激光熔覆市售的KF-Co50复合涂层试验表明:涂层与基体实现了良好的冶金结合;熔覆区是在γ-Co固溶体基体上均匀分布着大量的TiB_2、TiC、WB 和Cr_5Si_3陶瓷相和金属间化合物,涂层组织细密,生成树枝状、块状、不规则等形态组织,对涂层的力学性能分析结果表明:涂层显微硬度值较基体有显著提高,涂层获得最高硬度可达1000HV以上,约为基体硬度的3-4倍,显微硬度值从表面到基体呈较平稳的过渡。
涂层耐磨性较基体有显著提高。
涂层中的磨损机制主要为磨粒磨损及其引起的剥层,基体中除此之外还有粘着磨损。
激光熔覆自制的CoTiBSi复合涂层试验表明:涂层中原位合成的TiB_2和TiB陶瓷相均匀分布在γ-Co基合金涂层中。
涂层内枝晶组织细小均匀,枝晶内和枝晶间存在明显的组织和成分差异。
随着Ti、B含量的增加,激光熔覆原位生成物的组织形态发生相应的变化,熔覆区组织由细小分散的片状和块状转变为柱状枝晶组织,取向规则,分布均匀。
激光熔覆粉末选用讲解PPT学习教案
Ni元素可以提高粉末的润湿性
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激光熔覆粉末选用原则
五、 应具有良好的熔覆工艺性，如良好的造渣、除气、隔气 性能;
1、自熔性合金粉末应用广泛，含有B、Si，具有脱氧除气、 造渣等功能 2、其脱氧产物应形成比重小、熔点低的熔渣覆盖在液态 金属表面，对表面起保护作用，以防止产生夹渣、气孔、 氧化等缺陷
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激光熔覆粉末选用原则
三、粉末材料的热膨胀系数、导热性应尽可能地与工件材料 相接近，以减少熔覆层中的残余应力;
(a)
(b)
(c)
图2 膨胀系数与变形的关系
(a)：热膨胀系数接近 (b)：熔覆层膨胀系数大 (c)：基体膨胀系数大
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激光熔覆粉末选用原则
四、具有良好的润湿性，润湿性与表面张力有关，表面张力 越小，润湿角越小，液态流动性越好，易于得到平整光滑的 熔覆层;
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激光熔覆粉末选用原则
六、 合金粉末的熔点不宜太高也不宜过低。 1、粉末熔点低，液态流动性愈好，愈易控制熔覆层的稀 释率，对获得平整光滑、质量好的熔覆层有利。 2、但粉末熔点太低，易使熔覆层过烧;
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小结
激光熔覆粉末选用原则： 1、根据应用场合选择粉末体系 2、根据所需流动性选择不同形状、粗细粉末 3、粉末与基体热膨胀系数尽可能接近 4、粉末需一定的润湿性 5、粉末具有较好的熔覆工艺 6、粉末熔点适中
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作业思考题
1、激光熔覆合金粉末的选用要遵循哪些原则？ 2、进行纳米粉末的激光熔覆时，是否可以采用同轴送粉？ 为什么？
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激光熔覆粉末选用讲解
会计学
1
激光熔覆送粉方式讲解.优秀精选PPT
同步侧送粉的特点
1、结构简单、成本较低、粉末利用率相对较低
1、结构简单2、、成本要较求低、粉粉末末利具用率有相对较较好低 的流动性（粉末粒度：40~160μm）
3、同轴送粉结构复杂、粉末经过预热，熔覆质量好，通用性强
过细：粉末易结团 3、同轴送粉结构复杂、粉末经过预热，熔覆质量好，通用性强
图6 粉末预热效果
小结
1、自动送粉方式：同步侧向送粉与同轴送粉 2、同步侧向送粉结构简单、价格较低，粉末利用率不 高，熔覆质量相对较差，适用于平面、轴类激光熔覆。 3、同轴送粉结构复杂、粉末经过预热，熔覆质量好， 通用性强
作业思考题
1、对比分析同步侧送粉与同轴送粉的优缺点 2、现有一台光纤耦合激光器，激光头拟安装到机械手上，请问 选择哪个送粉方式比较合适？为什么？
粉末由送粉器经送粉管直接送到工件表面激光辐照区。
通过本次课程的学习，掌握激光熔覆常见的两种送粉方式及各自的优缺点。
3、运动方向变化时，送粉量受影响，熔覆层表面平整度差
3、运动方向变化时，送粉量受影响，熔覆层表面平整度差
集成焦距调节、气体保护、循环冷却、粉末流道、激光束通道等结构
同轴送粉
激光与粉末流同轴 集成焦距调节、气体保护、循环冷却、粉末流道、激光束通道等结构
激光熔覆送粉方式
课程：激光表面改性技术 主讲教师：林继兴
激光熔覆送粉方式
教学目标 通过本次课程的学习，掌握激光熔覆常见的两种送粉 方式及各自的优缺点。
自动送粉方式
同步侧送粉
图1
送
粉
方
式
同轴送粉
图2
同步侧送粉
粉末由送粉器经送粉管直接送到工件表面激光辐照区。 粉末到达熔区前先经过光束，被加热到红热状态，落入熔区后随即融化， 随基材的移动和粉末的连续送入，形成激光熔覆带。
激光熔覆粉末分类讲解
作业思考题
1、激光熔覆合金粉末包括哪几种？
2、阀门激光熔覆时，采用Ni60+10%WC粉末，根据分类，
属于哪种粉末类型？
不适宜含S较高的钢材，因为钢中S的存在会在交界面处形成一种低熔 点的脆性物质，容易使熔覆层脱落。 3、分类 Fe基合金、Ni基合金、Co基合金
陶瓷粉末
特点： 陶瓷粉末具有优异的耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化特性，所以它 常被用于制备高温耐磨耐蚀涂层。 分类：
硅化物陶瓷粉末
氧化物陶瓷粉末（Al2O3和 ZrO2） 缺点： 与基体金属的热膨胀系数、弹性模量及导热系数等差别较大，熔 覆层易出现裂纹和孔洞等缺陷，在使用中将出现变形开裂、剥落损坏 等现象
激光熔覆粉末分类
课程：激光表面改性技术
主讲教师：林继兴
激光熔覆粉末分类
教学目标 通过本次课程的学习，掌握激光熔覆粉末分类及不同 粉末类型的特点
激光熔覆粉末分类
自熔性合金粉末
粉 末 分 类
陶瓷粉末
复合粉末
其他金属体系
自熔性合金粉末
特点及分类： 1、含有B、Si 作用：脱氧、造渣 2、基材适应性
可广泛应用于包括各类碳钢、合金钢、不锈钢和铸铁类材质，但
复合粉末
复合粉末主要是指高熔点硬质陶瓷材料与金属混合或复合而形成 的粉末体系。 特点： 金属的强韧性、良好的工艺性与陶瓷材料优异耐磨、耐蚀、耐高
温和抗氧化特性有机结合
复合粉末体系： 1、碳化物合金粉末(如 WC、SiC、TiC、B4C、Cr3C2等) 2、氧化物合金粉末(如 Al2O3、Zr2O3、TiO2等) 3、氮化物合金粉末(TiN、Si3N4等) 4、硼化物合金粉末 5、硅化物合金粉末
及其他金属合金粉末 2、自熔性粉末含有B、Si，具有脱氧造渣功能，基体应用 性强，常用的由Fe基、Ni基、Co基合金粉末 3、陶瓷粉末具有耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化等优点、但
激光熔敷综述
激光熔覆技术综述摘要：激光表面处理可通过相变强化、熔凝、冲击强化等工艺来改变基材表层的显微组织及结构，也可以通过熔覆及合金化等处理技术来同时改变基材表层的化学成分和显微组织及结构，从而同时或分别提高金属材料及零部件的表面硬度、耐磨性、耐蚀性、耐疲劳性和高温性能，其中激光熔覆及合金化具有较大的工业应用价值及发展潜力，受到较大的关注。
本文将对激光熔覆技术做简单的综述。
关键词：激光熔覆、应用、综述1. 引言激光是一种具有高单色性、高方向性、高相干性和高亮度的电磁波。
激光束由一系列反射镜和透镜来控制，聚焦成直径很小的光斑(0.1mm)，从而获得极高的功率密度(104~109W/mm2)。
激光束材料表面改性技术是利用大功率密度激光束，以非接触方式加热材料表面，借助于材料本身的热传导进行冷却，在材料表面形成一定厚度的处理层，从而提高材料的力学性能、冶金性能、物理性能等，以满足各种不同的使用要求，它属于表面工程领域中的表面改性技术。
激光表面熔覆也叫激光涂覆或激光包覆，它是材料表面改性的一种重要方法, 它是快速凝固过程，通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能量密度激光束将不同成分和性能的合金与基材表层快速熔化，在基材表面形成与基材具有完全不同成分和性能的合金层。
激光熔覆层因具有良好的结合强度和高硬度，在提高材料的耐磨损方面显示了优越性。
近年来，激光表面熔覆技术发展迅速，成为材料表面工程领域的前沿[1]。
2. 激光表面熔覆的工艺方法激光熔覆依据合金供应方式的不同，可将激光熔覆分为两大类：预置法和同步送粉法，如图1所示[2]。
预置式涂层法是先将粉末与粘结剂混合后以某种方法预先均匀涂覆在基体表面，然后采用激光束对合金涂覆层表面进行照射，涂覆层表面吸收激光能量使温度升高并熔化，同时通过热量传递使基体表面熔化，熔化的合金快速凝固在基材表面，形成冶金结合的合金熔覆层。
预置涂层法的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理—预置熔覆材料—预热—激光熔化—后热处理[ 3]。
H13模具钢表面激光熔覆Co基合金涂层的组织和性能
Ｋ ｅ ｏ ｄ ｌ ｓ ｒｃ ａ ｄｉｇ；Ｈ １ ｏｄ ｓｅ ｌ ｙ ｗ ｒ ｓ ａ ｅ ｌｄ ｎ ３ ｍ ｌ ｔ ｅ ；Ｃｏ ｂ ｓ ｄ ａｌｙ；ｍ ｉｒ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｄ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ － ａ ｅ ｌｏ ｃ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ｎ ｅ ｒ ｎ ｅ ｆ
ｓ ｒ Ｔｈ ｉｒ ｓｒ ｔ ｒ ａ ｒｏ ｍ ａ ｅ ｏ ｈｅ ｏ ｔ ｇ ｗｅ ｅ ｎ ｌｚ ｄ ｂ ＥＭ ， ＥＤＳ， ｍｉｒ ａ ｄ ｓ ｅ． ｅ ｍ ｃ ｏ ｔｕｃｕ ｅ ｎｄ ｐｅ ｒ ｎｃ ｆｔ ｃ ａ ｉ ｒ ａ ａｙ ｅ ｙ Ｓ ｆ ｎ ｃ ｏ ｈ ｒ ｎｅ ｓ
钱 星 月 童 和 强 张 丹 莉 程 虎
（ 台州学 院 机 械工 程学 院 ， 江 台州 ３ ８ ０ ） 浙 １０ ０
摘 要 采 用 Ｃ ， 续 激 光 器 在 Ｈ ３模 具 钢 表 面 制 备 ｃ 基 合 金 涂 层 。利 用 扫 描 电镜 （ Ｅ 、 Ｏ连 １ ｏ Ｓ Ｍ） 能谱 分 析 仪 （ Ｄ ） ＥＳ、
第 ５期
钱 星 月 等 ： ３模 具 钢 表 面 激 光 熔 覆 ｃ 基 合 金 涂 层 的组 织 和性 能 Ｈ１ ｏ
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小 而致 密 的亚共 晶组 织 。 （ ）由于 固溶 强 化 、 散 强 化 和 细 晶强 化 的 作 ２ 弥
于 Ｃ、 ｏ Ｍｏ等元 素 扩散 到铁 基 体 中 ， 成 固溶 强 化 ， 形
钛合金表面激光熔覆 Co-WC 复合涂层的组织及力学性能
《电力系统分析与运行》课堂作业1、计算并观察IEEE30母线标准试验系统的潮流。
1）、负荷功率的变化对负荷节点电压水平的影响； 2）、变压器变比的调节对两端电压水平的影响；3）、PV 节点母线电压水平控制调节对无功电源设备输出功率的影响。
（需说明所采用的软件及算法）解：运用PSASP6.28软件计算IEEE30母线标准试验系统的潮流并分析实验结果。
所选用的IEEE30节点系统如图1所示。
图1 30节点系统图全网潮流计算结果如表1.1、1.2、1.3、1.4、1.5所示：表1.1 母线数据13表1.2 交流线数据表1.3 两绕组变压器数据表1.4 发电机数据表1.5 负荷数据1）负荷功率的变化对负荷节点电压水平的影响选取其中一个PQ节点Bus7为例，分别调节其负荷的有功和无功功率，讨论其对节点电压的影响。
①调节有功功率P，保持Q=0.109(p.u.)不变表1.6 有功变化对负荷节点电压的影响○2调节无功功率Q，保持P=0.228（p.u.）不变表1.7 无功变化对负荷节点电压的影响由表1.6和表1.7可知：对电压幅值的影响：随着负荷有功和无功功率的增加，相应负荷节点电压幅值都会下降，相比之下，无功功率的增加使节点电压幅值下降得更快。
对电压相角的影响：对于相角的变化，有功增加使相角更加滞后，而无功增加使相角滞后程度有所减小。
相比之下，有功变化对相角的影响较无功大。
2）变压器变比的调节对两端电压水平的影响调节Bus12—Bus4之间的变压器（编号为102）变比来讨论此问题。
表1.8 变压器变比对其两端电压的影响通过从表1.8分析可以得出：随着变压器变比的增大，低压侧（Bus4）电压升高，高压侧（Bus12）电压下降。
两侧电压的相角变得更加滞后。
3）PV节点母线电压水平控制调节对无功电源设备输出功率的影响选取PV节点Bus5，调节其电压水平，分析其对无功电源设备输出功率影响。
表1.9 变压器变比对其两端电压的影响随着PV 节点电压的下降，无功电源设备输出的无功将减少。
激光熔覆粉末材料(28)(精)
自粘结复合粉末是指在热喷涂过程中，由于粉末产生的 放热反应能使涂层与基材表面形成良好结合的一类热喷涂材 料，其最大的特点是具有工作粉和打底粉的双重功能。 类型：自粘结碳化钨、自粘结不锈钢、自粘结铝青铜、 自粘结镍钼铝、自粘结合金钢等系列。
激 光 熔 覆 粉 末 材 料
4）氧化物陶瓷粉末 氧化物陶瓷粉末具有优良的抗 高温氧化和隔热、耐磨、耐腐等性能， 是一类重要的热喷涂材料，也是目前 极受重视的激光熔覆材料。此类陶瓷 粉末主要分为氧化铝和氧化锆两个系 列，氧化锆比氧化铝陶瓷粉末具有更 低的热导率和更好的热抗震性能，因 而主要用于热障层材料。
铁基粉末
激 光 熔 覆 粉 末 材 料
2）碳化物复合粉末
碳化物复合粉末系由碳化物硬质相与金属或合金作为粘结 相所组成的粉末体系，可分为（Co、Ni）/WC等系列。这类 粉末中的粘结相能在一定程度上使碳化物免受氧化和分解，能 获得具有硬质合金性能的涂层。 特点：具有很高的耐磨性和硬度。
激 光 熔 覆 粉 末 材 料
激 光 熔 覆 粉 末 材 料
课程：工程材料基础 主讲人： 赵海峰
教学目标
了解激光熔覆技术与常见激光熔覆粉末材料的类型、牌号、 成分及性能用途。
激 光 熔 覆 粉 末 材 料
1. 激光熔覆技术 激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷，是一种新的表面改性技 术。它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束 使之与基材表面薄层一起熔覆的方法，在基材表面形成与其为冶 金结合的填料熔覆层。
氧化铝粉末
课程小结
1、激光熔覆在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束
使之与基材表面薄层一起熔覆的方法，在基材表面形成与其为冶 金结合的填料熔覆层。 2、目前激光熔覆常采用的材料主要是热喷焊或热喷涂类材料，其
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课程：激光表面改性技术
主讲教师：林继兴
激光熔覆Co基自熔性粉末
教学目标 通过本次课程的学习，掌握激光熔覆Co基自熔性粉末 的成分特点及应用
Co基自熔性粉末特点及应用
特点： 良好的高温性能和耐蚀、耐磨性能
应用：
应用于石化、电力、冶金等工业领域的耐磨耐蚀耐高温等场合。
Co基自熔性粉末成分
和硼化物（硬度在2000HV以上）, 导致合金具有更高的耐磨损、耐腐 蚀和抗氧化的能力
Co基（司太立）合金
表1 合金牌号对应的化学成分
Co基 Stellite 3 Stellite 4 Stellite 6 Stellite 7 Stellite 12 Stellite 20 Stellite 21 Stellite 31 硬 度 55 47 41 33 49 57 33 33 C 2.4 1.0 1.0 0.4 1.8 2.5 0.2 0.5 化学成分（wt.%） Cr Mo Fe W Ni 30 33 28 26 29 33 27 26 6 7 1 13 14 5 6 8 18 2 10 Co 余 量 余 量 余 量 余 量 余 量 余 量 余 量 余 量 典型用途 泵的轴套、旋转密封环、耐磨衬 垫、轴承套、阀芯球 热冲压模、热挤压模、电池模、 锯齿 蒸汽和化工阀座 蒸汽涡轮机叶片、挤压模 热冲压模、热挤压模等 泵的轴套、旋转密封环、耐磨衬 垫、轴承套 蒸汽涡轮机叶片、挤压模 蒸汽涡轮机叶片、挤压模
金相组织
图1 Co基合金金相组织
裂纹检测
图2 未掺杂的高硬度Co基熔覆层
图3 掺杂Y2O3的高硬度Co基熔覆层
小 结
1、Co基自熔性粉末良好的高温性能和耐蚀、耐磨性能，应
用于石化、电力、冶金等工业领域的耐磨耐蚀耐高温等场合；
2、粉末含有Ni、C、Cr 、W和 Fe 等元素，富铬碳化
物是提高硬度的主要因素；
成分：
Co 基合金所用的合金元素主要是Ni、C、Cr 、W和 Fe 等，B和
Si形成自熔合金 合金元素作用：
1、Ni 元素可以降低 Co 基合金熔覆层的热膨胀系数，减小合金的
熔化温度区间，有效防止熔覆层产生裂纹，提高熔覆合金对基体的润 湿性。
2、Co与Cr生成稳定的固溶体, 在此基础上弥散分布着各种碳化物
3、司太立是目前应用最广的Co基合金，高硬度合金可以掺 杂一些稀土氧化物、纳米Al2O3等消除裂纹，其金相组织为树枝
晶组织。
作业思考题
1、请说明Co基自熔性合金粉末的性能特点及应用场合。
2、要提高Co基自熔性合金粉末的硬度，可以增加那些合金
元素，为什么？
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ