钢表面激光熔覆铁/镍基合金熔覆层的组织与性能研究

针对提高20Cr13不锈钢的表面性能,采用激光熔覆技术在基体表面制备M2铁基和Ni60A镍基合金熔覆层;通过使用光学显微镜、显微硬度计以及电化学工作站对两种熔覆层进行金相组织、显微硬度和电化学腐蚀性能差异性研究;结果表明:铁基、镍基熔覆层与基体结合界面均有明显的白亮带,无气孔、裂纹等缺陷;铁基涂层微观组织主要由等轴晶和胞状晶组成,镍基涂层微观组织主要由和树枝晶组成;铁基涂层的显微硬度为5417 HV,镍基涂层的显微硬度为5923 HV,约为基体显微硬度（2207 HV）的2~3倍;铁基、镍基涂层均与20Cr13钢基体表面形成了较好的冶金结合,二者表面硬度均有了有显著提升,在熔覆区采用Ni60A镍基材料时的显微硬度要比采用M2铁基材料时的显微硬度高,而在热影响区部位两者显微硬度相差不大;铁基涂层的自腐蚀电位（-021 V）略高于镍基涂层的自腐蚀电位（-023 V）,铁基涂层的耐腐蚀性优于镍基涂层。     

H13钢表面激光熔覆Ni60A合金组织及性能分析

利用HUST-5000横流CO2激光器在H13热作模具钢表面制备了Ni60A镍基合金涂层。采用金相显微镜和XRD等对熔覆层的微观组织及成分进行了分析,利用显微硬度仪和磨损试验机分别测试了熔覆层的显微硬度和耐磨性能。分析表明,激光熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,熔覆层的组织主要由FeNi3、Ni2Si和γ(Fe-Ni)等相组成;熔覆层显微硬度HV0.2在800~900之间,明显高于H13钢基体的硬度。摩擦磨损试验表明,在相同的条件下,熔覆层的耐磨性能是基体的2倍多,且随载荷的增加,磨损量的变化较小。     

结晶器铜板上激光熔覆镍基合金

利用5kWCO2激光器在结晶器铜板上熔覆镍基合金,并研究了熔覆层组织性能.选用与结晶器铜板成分相近的镍基自熔合金粉末Nickel-baseHMSP1015-00(Ni1015),利用等离子喷涂技术在铜板上预涂Ni1015合金,然后再采用高能量密度激光进行重熔.借助OM,SEM和显微硬度计分析测定了涂层的显微组织形貌、组织成分和截面显微硬度分布情况.所得到的熔覆层表面平整均匀,与基体为冶金结合;熔覆层平均显微硬度为270HV0.05,是基体的3.2倍(85HV0.05).确定出本实验合适的激光熔覆工艺参数功率密度为1.58×102kW/cm2时,扫描速度为3~4m/min.     

铝合金激光熔覆

采用大功率激光在铸铝合金的表面熔覆镍基合金粉末,熔覆材料是Ｎｉ６０,Ａｌ包Ｎｉ和Ｎｉ包Ａｌ粉末,基体是ＺＬ１０８。通过研究选出最佳工艺参数范围,对熔覆层进行了宏观和显微组织观察及性能测试。结果表明,Ｎｉ６０熔覆层具有良好的耐磨性和使用性。     

碳钢表面激光熔覆镍基合金涂层及其高温磨损行为

应用激光熔覆法,采用镍基NiCrSiB合金粉末,在20#碳钢表面制备了熔覆涂层.利用X射线衍射仪分析熔覆层的相组成;利用摩擦磨损实验机对熔覆层的高温耐磨性能进行了研究;利用扫描电镜观察熔覆层形貌.结果表明:所制得熔覆层组织均一、致密,与基体形成了良好的冶金结合.镍基合金激光熔覆层硬度提高到基体的4倍;高温磨损率约为基体的1/3.熔覆层耐磨能力增强的主要原因在于熔覆层与基体良好的冶金结合,固溶强化和硼化物、硼碳化物等析出相的强化作用.     

碳纳米管对Ni60合金激光熔覆层的耐磨性影响

采用激光熔覆技术,在45#钢表面进行了镍基合金粉末添加碳纳米管的熔覆试验,对熔覆层横截面进行了硬度测试和显微组织分析,对熔覆层表面进行了X射线衍射物相分析和摩擦磨损试验.结果表明,碳纳米管能够提高镍基合金激光熔覆层的硬度和耐磨性能,当碳纳米管的质量分数为0.4%时,镍基合金激光熔覆层的耐磨性能最好.     

扫描速度对硅钢表面激光熔覆层组织和硬度的影响

在低硅钢表面激光熔覆Fe-Si粉末制备高硅熔覆层,研究了激光扫描速度对熔覆层宏观形貌、相组成、显微组织、成分及硬度分布等的影响.结果表明,不同扫描速度条件下熔覆层表面均由-αFe(Si),-γFe(Si)和FeSi2组成;随扫描速度增大,熔覆层的组织有细化的趋势,组织不均匀性得到改善;同时,熔覆层厚度减小,导致稀释率减小,使熔覆层平均硅含量提高,显微硬度提高.通过调整激光扫描速度,获得了无裂纹缺陷,且与基体呈良好冶金结合的熔覆层,最佳扫描速度为2.5 mm/s.     

铜合金表面添加SiC晶须的Ni-Cu激光熔覆层

用5 kW CO2激光器,通过优化激光工艺参数,在结晶器用铜合金表面预置添加SiC晶须的镍基自熔合金(Ni1015)粉,制备出表面平整、组织均匀致密、无气孔和裂纹等缺陷、与基体为冶金结合的Ni-Cu激光熔覆层.借助OM,SEM和显微硬度计等分析测定了涂层的显微组织形貌、组织成分和截面显微硬度.结果表明:添加SiC晶须的Ni-Cu涂层比单纯的Ni-Cu涂层的显微组织明显得到细化,涂层的显微硬度高出150HV左右,是铜合金基体(85 HV)的3.7倍,从而能够提高结晶器的使用性能.     

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.     

氩弧熔覆原位合成ZrC-TiB2/Fe基复合涂层组织与耐磨性

为提高钢材料表面性能,以Ti、Zr、B4C和Fe等粉末为原料,采用氩弧熔覆技术,在Q345D钢表面制备出原位合成ZrC和TiB2颗粒增强Fe基复合涂层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计和滑动摩擦磨损实验机研究了熔覆层的显微组织、硬度和耐磨性。结果表明:熔覆层组织由方块状ZrC颗粒、长条状TiB2颗粒和α-Fe基体组成;熔覆层与基体呈冶金结合,界面洁净无裂纹、气孔等缺陷;熔覆层平均硬度(HV)为14 GPa;在室温干滑动摩擦磨损实验条件下,其耐磨性约为基体的18倍。该研究为原位合成ZrC和TiB2提供了新方法。     

宽带送粉激光熔覆ZrO2/Ni60A复合涂层组织及硬度分析

在304不锈钢外圆表面使用激光熔覆镍基氧化锆金属陶瓷粉末,对激光工艺参数进行优化,制备工艺性能良好的熔覆层.研究了激光工艺参数对熔覆层宏观形貌、显微组织和硬度分布的影响.结果表明:激光功率为1.5 kW时为佳;随扫描速度增大,熔覆层的组织有细化的趋势;通过优化扫描速度,可得到显微硬度值较高,且沿熔覆层表面的垂直方向的硬度分布变化不大的熔覆涂层.     

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。     

Nb2O5对镍基合金激光熔覆层组织的影响

为了在钢材表面制备出质量良好、组织细化的镍基合金激光熔覆层,采用激光熔覆技术,在A3钢表面进行了镍基合金粉末添加Nb2O5的熔覆试验.通过对激光熔覆工艺参数及Nb2O5含量的优选得到了质量良好的熔覆层.使用金相显微镜、扫描电镜、电子能谱和X射线衍射仪对熔覆层进行了显微组织和物相分析,并测试了熔覆层显微硬度及摩擦性能.结果表明,当Nb2O5含量为15%,激光功率1.4 kW,扫描速度2 mm/s时,可以获得无裂纹、无气孔且与基底呈冶金结合的质量良好的熔覆层.Nb2O5的加入既提高了镍基合金熔覆层中的强化相比例,又细化熔覆层的组织,抑制粗大针状脆性硬质相的形成,降低熔覆层的裂纹敏感性.Nb2O5/Ni60激光熔覆层的硬度虽然降低,但耐磨性比纯Ni60提高约一倍.     

激光熔覆TiN金属陶瓷涂层的微观组织

采用CO2激光在TC4合金表面熔覆TiN—Ti和TiN—NiCrBSi金属陶瓷涂层，利用XRD和SEM等分析了熔覆层的微观组织，测试了熔覆层的硬度，结果表明：在TiN—Ti激光熔覆层中，表层TiN颗粒全部溶解，底层TiN颗粒部分溶解，熔覆层的组织是在α—Ti基体上分布着TiN树枝晶和TiN颗粒，熔覆层的显微硬度在400～700HV之间；TiN—NiCrBSi激光熔覆层的组织γ-Ni树枝晶和TiN颗粒等相组成，显微硬度在900-1200HV之间；熔覆层与基材结合区为TC4合金和Ni基合金的混和凝固区，呈现树枝晶和胞状晶形态，显微硬度在600～650HV之间．     

基于激光熔覆技术的风机轴颈表面修复

采用基于激光熔覆的方法实现了大磨损量的风机轴颈的修复.为了表征修复效果的优劣,对熔覆层的微观组织进行了测试,结果表明其微观组织多为等轴晶,在结合面位置有少量的枝晶,熔覆层和基体结合比较紧密,界面分明,形成了较好的冶金结合.显微硬度测试结果表明熔覆层的硬度较高,且只在一定范围内波动.而在过渡区显微硬度急剧下降,基体处显微硬度较低.试验结果表明激光熔覆技术可实现大磨损量轴颈的修复,修复表面组织细密、硬度高,且具有较高的耐磨性.     

TIG电弧制备碳化钨熔覆层组织及性能的研究

铁基材料目前已广泛应用在海洋石油开采、先进武器制造等领域,针对其耐磨性差的问题,采用自主研制的药芯焊丝和钨极氩弧焊(TIG)制备含有碳化钨颗粒的熔覆层,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析熔覆层的显微组织,通过硬度测试和磨损实验研究熔覆层的力学性能.实验结果表明,通过TIG和药芯焊丝的方式可以制备碳化钨分布均匀的熔覆层.熔覆层中的碳化钨颗粒分为未溶解或少量溶解、部分溶解和完全溶解3种状态,对应的显微硬度分别为2 474.7 HV_(0.1)、1 456 HV_(0.1)和735 HV_(0.1),熔覆层基体的平均硬度为616.6 HV_(0.1).未溶解和部分溶解的碳化钨颗粒与基体之间发生元素扩散,碳和钨元素由碳化钨颗粒内部向基体中扩散,铁元素由基体向碳化钨颗粒中扩散,使得碳化钨与基体之间形成冶金结合,基体对碳化钨颗粒起到良好的支撑作用,碳化钨则保护基体免受摩擦副的作用,从而提升熔覆层的耐磨性.完全溶解的碳化钨通过其与基体凝固时形成硬度较高的铸态组织来提升基体的耐磨性能.在与GCr15钢轮对磨的情况下,加载50 N的力,实验1 h,熔覆层的磨痕宽度为2.5 mm,磨损体积为0.4 mm~3,仅为母材的1/50.     

激光熔覆Ni-Si基复合涂层组织与性能

利用激光熔覆技术在Ni基高温合金表面制备(Ti,W)C陶瓷增强Ni-Si金属间化合物基复合涂层.通过SEM、XRD、EDS等方法研究涂层相及组织,并测量其显微硬度.结果表明,熔覆层与基体呈冶金结合,结合质量良好;熔覆层主要由Ni固溶体、Ni3(Si,Ti)金属间化合物和(Ti,W)C复相陶瓷组成;熔覆层组织均匀,硬度较高.     

Y_2O_3对Q235钢表面激光熔覆Ni基合金的影响

采用激光熔覆技术 ,在Q2 35低碳钢基体表面进行了Ni基合金添加Y2 O3的熔覆试验。通过对激光工艺参数及合金粉末比例的优选 ,可以得到较理想的熔覆层。对熔覆的合金化层进行了表面显微硬度和电化学腐蚀测试以及金相组织和X衍射物相分析 ,结果表明Y2 O3对Q2 35钢表面激光熔覆Ni基合金有减少裂纹的作用 ,但显微硬度与耐蚀性能有所下降     

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.     

镍基金属陶瓷激光熔覆层组织及摩擦磨损性能

采用5 k W横流CO2激光器在45钢基体上熔覆自制的镍基金属陶瓷涂层,对熔覆涂层的成型性、物相组成、组织形貌、显微硬度及摩擦磨损性能进行研究。结果表明:激光熔覆层成型良好,组织细密均匀,主要为Ni-Fe固溶体中分布Fe2B,WC,M7C3型及M23C6型碳化物。熔覆层靠近基材的组织为发达树枝晶,中上部为基体组织上分布着大量长条状及少量零散分布的菊花状物质,但上部晶粒分布的方向性减弱,晶粒更加细小致密。熔覆层搭接时,搭接界面存在着生长方向多与结合面相垂直的树枝晶组织过渡区。熔覆层的显微硬度约600 HV0.2,沿搭接方向没有明显波动,其摩擦系数、磨损失重及磨损程度较基体45钢明显降低,耐磨性显著提高。