不锈钢表面激光熔覆无钴镍基合金涂层研究

为满足某装置用阀门密封面材料不能含有钴的要求,通过激光熔覆两种无钴镍基合金粉末,在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面制备出具有梯度硬度分布的较厚涂层,分析了涂层的微观组织、硬度及界面结合强度。结果表明,采用硬度较低的镍基合金涂层作为过渡层,解决了具有较高硬度镍基合金涂层的开裂问题;涂层与基体及两种镍基合金涂层之间界面连续过渡,硬度呈梯度变化,涂层表面硬度达HRC47;涂层与基体界面为完全冶金结合,其界面结合强度大于565MPa;经弯曲及热震试验后,涂层未出现开裂及剥落现象,说明涂层具有良好的抗热震性能。     

激光功率对Co基梯度耐磨涂层性能的影响

为了分析激光功率对Co基梯度耐磨涂层组织和性能的影响,采用激光熔覆在20CrMnMo钢表面依次熔覆St6,St12B,Co47+WC（质量分数为0.05）合金粉末制备厚度约为2.4mm的Co基梯度耐磨涂层,进行了微观组织分析、显微硬度测试、摩擦磨损试验。结果表明,不同激光功率下涂层表面均没有出现裂纹且各涂层中晶体形貌相似,表层出现致密的等轴晶、过渡层出现粗大的柱状晶、底层出现平面晶和树枝晶;600W时耐磨层中发现未熔WC颗粒,800W耐磨层发现CoW₂B₂硬质相;在600W~800W范围内,激光功率越高,涂层整体的显微硬度和耐磨性越好;激光功率为800W时,耐磨层显微硬度达到730HV_0.1,涂层耐磨性相对于基体提高了300%。此研究结果对激光熔覆制备Co基梯度耐磨涂层提供了参考依据。     

Ti811表面激光熔覆复合涂层的微观组织及摩擦磨损性能

通过激光熔覆技术在Ti811钛合金表面制备了Ti基复合涂层,研究了涂层的物相组成、微观组织、显微硬度及摩擦磨损性能,分析了TiB_2-TiC复合镶嵌结构的形成机理。结果表明:涂层主要由增强相TiC和TiB_2、金属间化合物Ti2Ni以及基底α-Ti组成;TiB_2的(0001)面和TiC的(111)面之间的错配度仅为1.057%,TiB_2可以作为TiC最有效的异质形核的核心,形成TiB_2-TiC复合结构;弥散强化、固溶强化和细晶强化效应使得涂层的显微硬度可达617HV,为Ti811钛合金的1.62倍;涂层具有良好的摩擦磨损性能,磨损体积、磨损深度和平均摩擦因数分别为175×10~(-3) mm~3、80.13μm和0.39,磨损体积较基体约下降了26%。     

低含量碳化钨对激光熔覆镍基复合涂层性能影响

为研究相对较低含量(质量分数≤15%)碳化钨镍基合金涂层中碳化钨对涂层性能的影响，采用激光熔覆技术在316L不锈钢基体上制备了不同碳化钨含量镍基碳化钨复合涂层，表征其组织形貌，同时对比分析不同碳化钨含量复合涂层的硬度、耐磨性。结果表明，涂层熔道顶部搭接处存在明显的分界线，分界线上侧为细小等轴晶，下侧为粗大的柱状晶；碳化钨颗粒周围微熔形成析出物，同时在熔池底部有聚集趋势，且随碳化钨含量增大聚集趋势增大；镍基复合涂层硬度和耐磨性随添加碳化钨含量增大而提升，15%质量分数碳化钨复合涂层相较于纯镍熔覆涂层硬度提高约12.88%,摩擦因数降低约19.62%,磨痕形貌显示低含量碳化钨复合涂层中硬质颗粒的耐磨支撑作用相对较弱，复合涂层整体硬度提升是耐磨性能增强的主要因素。     

半导体激光熔覆TiC/H13涂层的抗回火性能

在热作模具钢H13基体上通过激光熔覆制备出TiC/H13复合涂层,研究不同TiC含量对复合涂层抗回火(600℃)性能的影响.利用扫描电镜、能谱仪和显微硬度计对激光熔覆涂层回火前后的组织、成分、硬度进行了对比分析和测试.TiC质量分数小于25 wt.%时,涂层与基体之间保持良好的结合,没有出现明显缺陷,当质量分数为25 wt.%时,颗粒周围出现微裂纹.能谱分析表明复合涂层中的颗粒主要成分是Ti和C.激光熔覆TiC/H13复合涂层回火处理10h和回火前对比,晶粒明显长大,随着TiC含量增加,涂层晶粒越细小,TiC弥散分布于晶界处,抑制枝晶的生长,起到细化晶粒的效果;回火20h和回火10h的对比发现晶粒长大不明显.硬度测试显示随着TiC质量分数的增加,熔覆层硬度明显增加,回火后仍保持很高的硬度.     

WC含量对WC/Ni60A激光熔覆层微观组织的影响

激光熔覆镍基复合涂层在改善H13模具钢表面性能方面具有显著优势。在H13钢表面激光熔覆WC质量分数分别为20%、33%、50%的WC/Ni60A复合粉末,在优化工艺参数的基础上研究熔覆层的微观组织。研究发现,激光熔覆WC/Ni60A复合涂层的相组成复杂。WC的含量会显著影响熔覆层组织的生成及其形态。WC质量分数为20%时,熔覆层由大量γ-(Fe,Ni)树枝晶和晶间富W碳化物组成;WC质量分数为33%时,熔覆层由大量的团絮状共晶组织组成,其中心为块状M_(23)C_6,周围为M_(23)C_6和γ-(Fe,Ni)组成的共晶组织,形态非常特殊;WC质量分数为50%时,熔覆层中生成了大量块状M6C、雪花状M23C6和针状Cr4Ni15W组织。WC质量分数分别为20%、33%、50%时,熔覆层的硬度相对于基体显著提高,分别达到了730、760、810 HV。     

激光熔覆复合涂层WC对裂纹产生机理影响研究

为了研究复合涂层中碳化钨(WC)组织演变对裂纹产生的影响机理, 采用单层激光熔覆、过渡层梯度熔覆与双层熔覆制备3种Ni50A/WC复合涂层对比的方法, 分析涂层的形貌与组织、裂纹产生特点以及原因, 探究WC的组织演变对裂纹产生的影响。结果表明, 不同熔覆方法的WC组织演变对裂纹产生的影响主要由残余WC颗粒内部开裂形成裂纹源、硬质相元素引起成分偏析等作用组成; 双层熔覆、梯度熔覆涂层与单层熔覆涂层相比, 由于粉末吸收了更多的能量, 残余WC颗粒含量降低了32.7%与37.9%, 减少了涂层内部裂纹源; 共晶化合物的W元素质量分数也从单层熔覆涂层的0.534分别下降到双层熔覆涂层的0.417与梯度熔覆涂层的0.386, 降低了硬质相元素集中程度, 减少了涂层成分偏析, 降低了涂层开裂敏感性。该研究对改善激光熔覆复合涂层的开裂问题、提高复合涂层的成品率有一定的指导意义。     

激光熔覆含碳化钨的镍基合金

在20Cr2NiSiW基体上熔覆添加碳化钨的镍基合金,对熔覆层的应力状态进行了分析, 基体的熔前预热和熔覆层的熔后保温,可以改善熔覆层的应力分布。在表面层和基体之间熔覆具有良好韧性的“过渡层”,减少了微裂纹。分析了掺碳化钨的镍基合金复合熔覆层的硬度分布和微观结构。改进了激光熔覆工艺,得到了应力分布状态较好的无裂纹的激光熔履层。     

CeO2对激光熔覆Ni60合金涂层组织及性能的影响

为了研究稀土元素CeO₂对激光熔覆涂层性能的影响,以45#钢为基体、Ni60和Ni60+CeO₂粉末为熔覆材料,采用激光熔覆多道搭接工艺制备了含不同含量稀土氧化物的熔覆层。通过对熔覆层着色探伤、显微组织观察、显微硬度测定的试验,分析不同含量的稀土氧化物对熔覆层表面裂纹数量、显微组织、硬度的影响规律。结果表明,CeO₂的最佳掺杂质量分数为0.004;适量稀土元素CeO₂的掺杂,可使熔覆涂层裂纹数量减少,熔覆层的显微组织更加均匀而细小;熔覆涂层表面显微硬度远高于基体,维氏硬度是基体的3.6倍,搭接区域硬度值是基体的3倍左右。这表明稀土元素的添加可以抑制裂纹、细化晶粒,并在一定程度上提高熔覆层硬度。     

TC4表面激光熔覆TiAl合金涂层的工艺和组织性能

为了实现TC4钛合金表面TiAl合金涂层的大面积制备及实际应用,采用激光熔覆的方法在TC4钛基体上制备单道和搭接的TiAl合金涂层。通过表面形貌和界面特征分析了涂层的熔覆质量,对涂层的物相组成与显微组织进行研究,测试了熔覆层界面及搭接层之间的硬度分布。结果表明,涂层与基体之间属于冶金结合,涂层内部没有裂纹和孔隙等缺陷,涂层中Ti/Al主要以TiAl(γ)、Ti₃Al(α₂)以及与微量元素的化合物形式存在,涂层主要由双态组织和片层组织组成,测试得到单道熔覆涂层和搭接涂层平均硬度是基体的1.44倍以上,多道搭接涂层的组织分布相比单道涂层更加均匀;涂层可进行大范围的多道搭接熔覆,证明了TiAl涂层对TC4基体表面改性方法可行性。该研究对于实现涂层的实际应用具有重要意义。     

原位NbC对激光熔覆Co基涂层组织和磨损性能的影响

针对42CrMo钢易发生磨损失效的问题,采用激光熔覆混合粉末(Co基粉、Nb粉和Cr_3C_2粉)在42CrMo钢表面成功制备了原位NbC颗粒增强复合涂层,分析了NbC含量对复合涂层微观结构、磨损行为以及NbC形态的影响。结果表明:当NbC的质量分数为0～15%时,涂层与基材的结合性能良好,涂层中没有明显的缺陷;当NbC的质量分数为20%时,涂层中出现了微裂纹;复合涂层的基体主要由ε-Co和γ-Co组成,强化相主要包括NbC、Cr_(23)C_6和Cr_7C_3;NbC颗粒的形成是通过溶解在熔池中的Nb原子和C原子以原位反应形成的;随着NbC含量增加,NbC的形态逐渐从四边形变为花瓣形,复合涂层的显微硬度和耐磨性明显增加,磨损形式主要是磨粒磨损和硬质相剥落磨损;当NbC的质量分数为10%时,涂层的显微硬度和耐磨性最佳,显微硬度和磨损速率分别为546.4 HV和0.020 g/min。     

激光熔覆过渡金属硅化物Laves相增强高温耐磨抗氧化涂层组织与性能研究

采用激光熔覆技术,在1Cr18Ni9Ti基材上,“原位”合成了以MoNiSi及Co_3MoSi Laves相为增强相的镍基和钴基复合材料涂层。利用OM,XRD、SEM、TEM等研究了涂层的显微组织和微结构,并考察了涂层的显微硬度、耐磨损性能和高温抗氧化性能。结果表明,镍基、钴基激光熔覆涂层显微组织分别为MoNiSi分布在镍基固溶体基体上和初生Co_3Mo_2Si分布在Co固溶体和Co_3Mo_2Si共晶基体上。两种合金的强化相均为具有密排六方晶体结构的MgZn_2型Laves相、且固溶大量合金元素Cr;固溶体相均为面心立方晶体结构,Cr、Si、Mo等合金元素固溶含量很高。镍基、钴基激光熔覆涂层的平均显微硬度分别为650HV_(0.2)和1000HV_(0.2)。与不锈钢和镍基高温合金相比,Laves相增强激光熔覆复合材料涂层具有优良的耐磨和抗高温氧化综合性能。     

宽带激光熔覆NiWC梯度复合涂层组织与性能

采用自重送粉法,在40Cr钢表面用宽带激光熔覆了NiWC复合梯度涂层。RDX分析表明,NiWC复合梯度涂层熔覆区主要是由γNi、M23C6、M7C3、Ni3B、WC和W2C所构成。涂层组织形貌特征随着由Ni-50%WC、Ni-25%WC、Ni-10%WC和Ni基合金各亚层的渐次过渡而发生明显变化在复合梯度涂层熔覆区各亚层交界处因激光重熔作用其显微硬度明显降低,致使熔覆区沿层深方向出现了几个软化微区;在干滑动摩擦磨损条件下,Ni-WC复合梯度涂层具有很高的耐磨性,其主要磨损机制为磨粒磨损和WC颗粒剥落磨损。     

铜合金表面搅拌摩擦焊和激光熔覆制备镍基合金涂层

采用单道搅拌摩擦搭接焊,实现了铜合金与不锈钢异种金属的焊接,在连铸结晶器用的Cu-Cr合金表面制备了304不锈钢过渡层。通过激光熔覆技术,在不锈钢过渡层表面制备了含有WC颗粒的镍基合金熔覆层。利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计,对镍基合金熔覆层和过渡层的显微组织、物相构成和硬度进行了分析。结果表明,不锈钢过渡层与铜基体形成了可靠的连接,在焊合区中下部形成了均匀的钢-铜层状结构;在层状结构中形成了金属间化合物Ni Cu4,其硬度达337.26 HV;同时,镍基熔覆层组织致密,其强化相由γ-Ni、Ni3Fe、WC、W2C、和Cr23C6组成。显微硬度明显提高,平均显微硬度为485.0 HV,是铜合金基体的5.7倍。     

稀土对激光熔覆镍基金属陶瓷复合层组织及性能的影响

利用5 kW CO2激光器分别在低碳钢基体表面熔覆含稀土LaO2和CeO2的镍基TiC金属陶瓷复合层,研究了不同含量的LaO2和CeO2对激光熔覆镍基金属陶瓷复合层组织及性能的影响. 研究结果表明,在镍基金属陶瓷复合层中加入一定量的稀土LaO2和CeO2均可有效改善熔覆复合层的组织及性能,减少复合层中的裂纹、孔洞、夹杂;加速复合层中TiC颗粒的溶解和改善TiC颗粒的形状变化,成为较为光滑的表面形状.同时,熔覆复合层的组织及硬度更加均匀,特别是硬度呈现平滑的梯度变化. 研究还发现,在一定的镍基金属陶瓷相成分和激光工艺条件下,为获得良好的熔覆复合层组织及性能,对不同的稀土,其加入量均有一不同的最佳值,过多的稀土加入量反而会恶化熔覆复合层组织,产生大量的夹杂,导致复合层硬度极不均匀.在本试验条件下,加入0.2%的CeO2或0.4%的LaO2对改善镍基TiC熔覆复合层组织及性能的效果最为明显.(OE9)     

原位生成TaC颗粒增强镍基激光熔覆层

利用激光熔覆技术,在A3钢表面制备出了原位生成TaC颗粒强化的镍基复合涂层。使用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)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,在适当的工艺条件下,激光熔覆制备原位生成TaC颗粒增强镍基复合涂层成形良好、表面光滑,涂层与基体呈现良好的冶金结合。熔覆层组织由原位生成的TaC颗粒相 Cr3C2与γ(Cr-Ni-Fe-C)的枝状共晶相 γ(Cr-Ni-Fe-C)基体组成。由于TaC颗粒强化相的形成及其均匀弥散分布,既提高了涂层中的强化相比例,又细化了组织,使得TaC/Ni60激光熔覆层具有高的硬度(平均硬度HV0.31100),与纯Ni60熔覆层相比,耐磨性提高4倍。     

304不锈钢表面激光熔覆铁基复合涂层的组织与性能研究

在304不锈钢表面预置不同质量分数的Fe60和WC复合粉末，采用光纤激光加工系统制备金属-陶瓷复合熔覆层。分别从宏观形貌、微观组织、物相分析、硬度分布等角度研究涂层的组织结构及性能。结果表明：复合熔覆层冶金结合良好，过渡区、热影响区生成CrC及WC_x等硬质相，提高了熔覆层的硬度，对复合涂层力学性能有显著影响；当WC的质量分数比例为3%时，熔覆涂层的平均硬度为995 HV,约为304不锈钢基体的5倍，且高于其他质量分数比例的复合熔覆层。     

ZL101铝合金表面激光熔覆Fe-Al金属间化合物涂层

以纯Fe粉和纯Al粉为熔覆材料,在ZL101基体表面采用激光熔覆工艺制备了3种不同成分的Fe-Al化合物涂层.利用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪和显微硬度计,对熔覆合金层以及熔覆层与铝合金基体的结合界面区的组织结构和显微硬度进行了分析.实验结果表明,激光熔覆涂层主要由FeAl与Fe3Al相构成,涂层与基体呈锯齿状结合.3种涂层(Fe-Al,2Fe-Al和3Fe-Al)均有较高的显微硬度,分别为744 HV,603 HV和795 HV.     

NiCr-MoS2-M耐磨自润滑涂层的激光制备及表征

为了提高挤出机螺杆表面的耐磨损性能,采用激光熔覆技术在38CrMoAl钢表面制备NiCr-MoS2-M(M为CeO2-TiC-Cr3C2-V)耐磨自润滑复合涂层。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及附带的能谱仪分析了涂层的物相组成及显微组织,采用显微硬度计测试了涂层的显微硬度分布,并在室温条件下测试了上述涂层的干滑动摩擦学性能,取得了相关的数据。结果表明,XRD测试结果显示强化层主要由FeNi,Ni3Fe和Cr-Ni-Fe-C固溶体组成;用SEM观察发现强化层由固溶体枝晶、富Cr共晶和未熔MoS2颗粒组成。涂层中的显微硬度为313.7HV,约为基体显微硬度(332.6HV)的94.32%;摩擦系数为0.513,约为基体摩擦系数(0.315)的1.63倍;磨损量为58.56110-3mm3,约为基体磨损量(4.9110-3mm3)的11.9倍。这一结果对进一步优化工艺参量,以提高强化层的综合力学性能是有帮助的。     

激光感应复合熔覆镍基涂层的裂纹研究

采用送粉激光感应复合熔覆技术制备了镍基合金熔覆涂层,研究了涂层的组织和裂纹行为.研究结果表明,镍基合金熔覆层具有很大的裂纹倾向,激光感应复合熔覆中工艺参数对裂纹形态有较大的影响,感应加热可以有效抑制熔覆层的开裂行为,感应能量的加入使熔覆层、热影响区和基体显微硬度有所降低.熔覆过程中主要产生残余热应力,随着感应能量的增加,熔覆层残余拉应力明显减小,当感应能量密度达到36J/mm2时,基体表面温度约为600℃,裂纹完全消除.