激光熔覆金属合金和WC复合涂层及其应用

为了改善机械零件的表面性质,利用２ｋＷＣＷＣＯ２激光在金属或零件表面熔覆０．１０～１０．００ｍｍ的金属合金和ＷＣ复合耐磨涂层;并研究了其微观结构和硬度分布与熔覆工艺的关系;为了减少和避免耐磨涂层发生裂纹而设计了具有硬质相分布的“梯度涂层”,或在硬质表层和基体之间增加具有良好韧性的“过渡层”,获得了无缺陷,与基体冶金结合的优质涂层。在一些磨损零件的激光熔覆修复中,可延长使用寿命２～３倍以上。     

低功率超高速激光熔覆FeCr合金薄涂层微观结构与表面形貌演化

超高速激光熔覆涂层易出现表面粗糙的缺陷,熔覆后需精磨处理。明确涂层表面形貌演化机制,控制涂层表面粗糙度,是制备高质量涂层的关键。本文采用自行设计的超高速激光熔覆头,聚焦熔覆态涂层表面形貌演化,在1.5 kW激光功率,线速度147 mm/s下,制备了稀释率2%,表面粗糙度Ra10μm的FeCr合金薄涂层,分析了粉末粒度、基体形貌、搭接率以及重熔激光功率对涂层表面形貌的影响。结果表明,受快速冷却影响,超高速激光熔覆涂层表面颗粒状特征明显,粉末粒径影响涂层表面质量;由于熔覆涂层稀释率低、过渡区小,基体表面形貌具有一定遗传特性,基体越粗糙,涂层表面粗糙度越大;提高搭接率可降低熔覆涂层表面高度差、改善涂层表面质量,搭接率超过70%,表面质量趋于平稳;在激光重熔作用下,熔覆涂层表面颗粒状特征逐渐消失,表面粗糙度值降低,重熔功率达0.7 kW后,变化不再显著。     

TC4合金氩弧熔覆TiN复合涂层的组织及耐磨性

为提高钛合金表面性能,以TiN粉和Ti粉为原料,利用氩弧熔覆技术,在TC4合金表面成功制备出TiN增强Ti基复合涂层。采用扫描电镜、X射线衍射仪分析了熔覆涂层的显微组织和物相组成;利用显微硬度仪、摩擦磨损试验机测试了复合涂层的显微硬度和室温干滑动磨损条件下的耐磨性能。结果表明:氩弧熔覆涂层组织均匀致密,熔覆层与基体呈冶金结合,熔覆涂层主要由TiN棒状树枝晶和TiN颗粒组成,复合涂层明显改善了TC4合金的表面硬度,涂层的最高显微硬度可达9.5 GPa;复合涂层在室温干滑动磨损实验条件下具有优异的耐磨性,磨损机制主要是磨粒磨损,其耐磨性较TC4合金基体提高近9倍。     

FeAlCrCuCoTi_(0.4)高熵合金涂层冲蚀磨损性能

利用氩弧熔敷技术在Q235表面制备FeAlCrCuCoTi_(0.4)高熵合金涂层,采用金相显微镜、X射线衍射仪、维氏显微硬度计、冲蚀磨损试验机测试了样品的显微组织、物相、显微硬度、磨损性能,研究其在不同转速下的冲蚀磨损性能.研究结果表明:高熵合金熔覆层与基体呈冶金结合,结合良好,无气孔,裂纹等缺陷产生;熔覆层最高硬度为Q235的3.09倍;当转速分别为200 r/min、300 r/min、400 r/min时,高熵合金涂层的冲蚀磨损性能分别相对于基体提高3.76倍、3.67倍和3.70倍.     

强流脉冲电子束作用下CoCrAlY熔敷铝膜的表面微观形貌和元素分布

采用大气等离子喷涂在镍基高温合金表层制备CoCrAlY涂层,采用物理气相技术在其表面沉积纳米级铝膜,再使用强流脉冲电子束对表层镀铝后的涂层进行辐照处理,获得表层富Al的涂层.并进行了表面化学元素及形貌分析.形貌分析表明,粘结层表层铝膜熔敷可以消除原始涂层的未熔颗粒、空隙以及孔洞等缺陷,获得致密且连续的胞状凸起,使得涂层粗糙度适当增加;表面能谱分析表明,表层的凹区形成了Al_2O_3,凸起区域存在含有氧化铝的CoAl相.表面处理后的表面形貌和表层元素有利于提高涂层抗氧化性能和热震寿命.     

铝青铜合金粉末涂层制备中Fe元素的扩散特性

利用等离子喷焊和激光熔敷技术,将铝青铜合金粉末涂敷在45#钢表面,通过对涂层金相组织观察、界面金相观察、X-ray分析、表面EDS分析、对Fe元素的EPMA分析,研究Fe元素在铜合金涂层中的扩散特性.结果表明,采用等离子喷焊技术制备的涂层中,Fe元素从基材到合金涂层有较强烈持续的扩散过程;采用激光熔敷技术制备的涂层中,Fe元素在基体与合金涂层之间无明显的扩散现象.可见,Fe元素在等离子喷焊层中扩散率较高,在激光熔敷层中扩散率较低.     

激光熔覆FeNiCrAl合金涂层的组织与腐蚀性能

在304不锈钢表面激光熔覆FeNiCrAl合金粉末,获得无裂纹耐腐性能优良的熔覆层,其厚度1.5～2.0 mm.利用SEM 分析熔覆层的显微组织结构,并测试熔覆层的腐蚀性并绘制极化曲线.结果表明,激光熔覆处理后涂层迅速熔化和冷却,组织由均匀的不规则多边形晶粒组成;熔覆层的自腐蚀电位比熔覆基体提高约70 mV、且自腐蚀电流密度比基体低,可知涂层的耐腐蚀性能相对基体要高很多.     

铜板上激光熔覆制备Co-Ni-Cu梯度涂层

用10 kW CO2激光器,通过优化激光快速熔覆工艺参数,先在铜合金上制备镍基韧性过渡层,再在其表层采用同步送粉工艺,在上述镍基涂层表面制备了结合良好且组织细小致密、无缺陷的钴基合金涂层,成功制备了Co-Ni-Cu梯度涂层.铜基体-镍基过渡层-钴基工作层的成分、组织和热物理性能呈现梯度分布,使熔覆过程中的热应力被缓解,完全避免了裂纹的产生.M7C3和M23C6型碳化物及钴基固溶体的形成使钴基工作层显微硬度高达655 HV,是铜合金硬度(90 HV)的7.3倍,而且从铜合金基体至镍基过渡层再到钴基工作层,显微硬度也呈梯度平缓增大,因此涂层具有无裂纹、内韧外硬的特性.     

镁合金表面氩弧熔覆Al-Si基SiC复合涂层组织及耐磨性

采用氩弧熔覆方法作为镁合金材料表面强化,是一项全新技术,在AZ31B镁合金基体表面制备10%Si C粉末+Al-Si合金粉末的复合涂层,利用X射线衍射仪、光学显微镜和扫描电子显微镜分析涂层的物相组成和显微组织;利用显微维氏硬度计和干滑动摩擦磨损实验机测试复合涂层在室温下的显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明:氩弧熔覆涂层与基体界面具有良好的结合,无气孔、夹杂、裂纹等缺陷;熔覆层主要由Mg2Si、Mg2C3、Mg17Al12、Al3.21Si0.47等物相组成;熔覆层内部主要由黑色块状组织组成,尺寸为2~5μm;由于在氩弧熔覆过程中生成了新的物相使得涂层的显微硬度提高,涂层平均硬度可达2.5 GPa,是AZ31镁合金基体的4倍;基体的平均摩擦系数约为0.7,10%Si C氩弧熔覆层摩擦系数约为0.57,摩擦系数明显降低;熔覆涂层的相对耐磨性较基体提高近5倍。     

氩弧熔覆原位合成高温抗氧化性涂层

为克服石墨在723 K以上会发生氧化反应的不足,在石墨电极表面,采用氩弧熔覆技术,以Si和Ti粉末为原料,制备原位合成的高温抗氧化复合涂层。通过热力学计算和扫描电子显微镜分析,利用X射线衍射仪进行涂层物相分析,确定涂层由SiC、TiC、TiSi、TiSi2和Ti5Si3陶瓷颗粒组成。结果表明:合金熔覆层与石墨基体的结合呈现一种连续的结合界面,没有明显的缺陷;1 573 K条件下灼烧60 min,氧化失重率为0.875%。     

激光熔覆Mo2C-Co基合金的工艺参数对其组织的影响

利用10kW的CO2激光器在409L铁素体不锈钢表面激光熔覆w(Mo2C)=20%的Mo2C/Co基涂层,运用SEM、EDS、XRD及显微硬度仪观察和分析激光功率和扫描速度对熔覆层成型性、尺寸、组织及性能的影响.结果表明:激光熔覆合理的工艺参数为:P=3.6kW,v=8mm/s;钴基熔覆层组织由平面晶、柱状晶、树枝晶构成,熔覆层中物相主要为Mo2C颗粒、亚共晶γ-Co和共晶碳化物Cr23C6、Cr7C3;由于Mo2C颗粒加入,凝固组织的晶粒尺寸减小、晶粒细化,涂层的显微硬度从870HV提高至1 400HV.     

9SiCr工具钢表面激光熔覆合金的组织与性能

使用CO2激光器对9SiCr工具钢表面进行Co基和Ni基合金熔覆处理,X射线衍射仪、扫描电子显微镜分析了激光合金熔覆层的相组成和显微组织;显微硬度计对合金熔覆区的显微硬度进行测量·结果表明,合金熔覆层在微观结构上存在熔覆区、结合区和基体热影响3个区域·Co基合金熔覆区相组成为奥氏体+铁素体+碳化物,Ni基合金熔覆区相组成为奥氏体+铁素体+碳化物+金属间化合物·Ni基合金熔覆层的显微硬度约为Co基的2倍     

宽带激光熔覆铸造WCp /Ni基合金复合涂层结合界面组织特征

研究了宽带激光熔覆铸造WCp /Ni基合金复合涂层结合界面组织特征。结果表明结合界面微区组织特征为细小的共晶体组织、过渡层组织以及白亮带组织。白亮带及过渡层中主要含有Fe ,Cr,Ni,Si等元素。白亮带主要是单相的γ - (Fe ,Cr ,Ni,Si)固溶体组织。从熔覆区→过渡层→白亮带的平均显微硬度值呈梯度分布。复合涂层结合界面主要元素、微观组织结构和显微硬度呈梯度分布的特征 ,提高了涂层与基材之间的匹配性 ,缓解应力集中 ,避免裂纹形成 ,实现了基材与涂层良好的冶金结合。     

激光熔覆沉积TC11钛合金基板应力预测和微观组织研究

对损伤的TC11钛合金零部件进行激光熔覆沉积修复,可在不影响零件使用性能的前提下,节约贵重钛合金资源,提高零件利用率。分析修复后熔覆层和基材组织性能和开裂倾向是激光熔覆沉积修复工艺的基础研究工作。采用高斯热源,建立了单道单层激光熔覆应力预测三维数值模型,研究了激光熔覆基板的应力分布规律。随后,进一步实验研究了TC11激光熔覆区的显微组织结构。结果表明,激光熔覆区可分为熔覆层、热影响区和热应力层3部分。基板热应力层的晶粒受到应力的作用变形显著。激光熔覆后基板应力仿真和实验结果分布趋势一致,且最大热应力深度随激光功率的增大而增大。     

钛基体激光直接熔覆ZrO 2涂层实验研究

采用激光同轴送粉工艺在钛基体上直接熔覆ZrO2陶瓷涂层,研究不同工艺参数对单道熔覆层熔覆质量的影响规律;采用光学显微镜观察陶瓷涂层的微观组织,并采用电子探针技术分析基体和ZrO2陶瓷结合区成分分布;利用XRD分析激光熔覆前后ZrO2陶瓷物相变化情况.结果表明:在一定的功率范围内,熔覆层宽度受激光功率的影响不大,熔覆层高度和基体熔化深度随工艺参数的变化呈现一定的规律性;ZrO2和Ti基体结合区形成很好的成分梯度渐变过渡,陶瓷微观组织为细小的枝状晶组织;激光熔覆ZrO2陶瓷后,单斜相(m相)衍射峰强度相对减弱.     

Al_2O_3对激光熔覆镍基涂层腐蚀性的影响

为研究不同Al2O3含量对激光熔覆镍基涂层耐腐蚀性能的影响.将基体与不同Al2O3含量的Al2O3/Ni熔覆层界面进行对比试验,利用SSX-500型扫描电镜对合金熔覆层的组织形貌进行观察,采用电化学腐蚀实验和盐雾实验对涂层的腐蚀性进行测试,结果表明,在镍基自熔合金粉末中加入Al2O3后,熔覆层的显微组织得到了细化.当Al2O3含量为40%时,致钝电流密度和维钝电流密度最小,钝化区范围最大;盐雾实验中涂层单位面积增重为1.15mg/mm2,较不加Al2 O3的Ni60合金涂层降低了约48.5%,耐蚀性能得到了显著提高.     

Superior corrosion resistance-dependent laser energy density in(CoCrFeNi)95Nb5 high entropy alloy coating fabricated by laser cladding

(CoCrFeNi)95Nb5 high entropy alloy(HEA)coatings were successfully fabricated on a substrate of Q235 steel by laser cladding technology.These(CoCrFeNi)95Nb5 HEA coatings possess excellent properties,particularly corrosion resistance,which is clearly superior to that of some typical bulk HEA and common engineering alloys.In order to obtain appropriate laser cladding preparation process parameters,the effects of laser energy density on the microstructure,microhardness,and corrosion resistance of(CoCrFeNi)95Nb5 HEA coating were closely studied.Results showed that as the laser energy density increases,precipitation of the Laves phase in(CoCrFeNi)95Nb5 HEA coating gradually decreases,and diffusion of the Fe element in the substrate intensifies,affecting the integrity of the(CoCrFeNi)95Nb5 HEA.This decreases the microhardness of(CoCrFeNi)95Nb5 HEA coatings.Moreover,the relative content of Cr2O3,Cr(OH)3,and Nb2O5 in the surface passive film of the coating decreases with increasing energy density,causing corrosion resistance to decrease.This study demonstrates the controllability of a high-performance HEA coating using laser cladding technology,which has significance for the laser cladding preparation of other CoCrFeNi-system HEA coatings.     

激光涂覆MS合金层的显微组织与耐磨性

通过扫描电镜观察；Ｘ射线能谱分析、显微硬度测量以及干滑动摩擦磨损试验，研究了激光涂覆ＭＳ合金层的显微组织与耐磨性。试验结果表明，该涂层显示了独特的组织特征和比钢基体高得多的耐磨性。     

工具钢表面激光熔覆耐磨性试验研究

使用5kWCO2激光器对9SiCr工具钢表面进行Co基和Ni基合金熔覆处理·利用销盘式摩擦试验机对激光熔覆表面和Q235配副进行干摩擦和油润滑试验,通过扫描电镜研究了熔覆层表面磨损形貌并分析了干摩擦和润滑条件下磨损机理·试验结果表明,熔覆区磨损形式主要是磨粒、粘着磨损·干摩擦时,Ni合金熔覆层比Co合金耐磨性要好;润滑条件下,两种合金的耐磨性比干摩擦时都有很大提高