合金元素对激光熔覆高熵合金涂层硬度影响的研究进展

激光熔覆技术采用高能量密度的激光作为工艺的能量来源,能够对工件表面进行改性和修复,显著地改善了基体的表面力学性能,从而有效地延长了产品的生命周期。激光熔覆是制备高熵合金的典型工艺之一,采用该技术并且添加合适的合金元素可以制备具备卓越性能的高熵合金涂层。为清晰地阐明加入元素后增强激光熔覆高熵合金涂层硬度的作用机制,首先综述了目前国内外在激光熔覆过程中加入常见元素所制备的高熵合金涂层硬度性能的研究现状,其中高熵合金有特殊的“4种效应”,对金属间化合物有促进作用,其内部微观结构一般为FCC、BCC或者HCP等固溶相,通常通过固溶强化、沉淀强化和分散强化来强化,并且激光熔覆法会使高熵合金涂层快速冷却,从而显著改善合金的力学性能。其次,分析了金属与非金属两大类元素对激光熔覆制备高熵合金涂层硬度强化的机理,总结了金属元素与非金属元素的添加对高熵合金涂层硬度的影响规律。最后,针对激光熔覆制备高熵合金涂层硬度性能的改进,总结出了有效的方法,并对其未来发展进行了展望。研究结果揭示了激光熔覆高熵合金涂层硬度强化的理论基础,为该领域的进一步发展提供了理论依据。     

激光熔覆高熵合金涂层的研究进展

高熵合金涂层具有的良好热稳定性、耐高温性能使其成为高温涂层科学领域一个新的研究热点。激光熔覆技术制备高熵合金涂层的方法是获得其优越性能的制备方法之一。本文主要从涂层成分设计、组织结构、退火工艺与性能、耐高温氧化性能以及其他性能等方面综述了激光熔覆技术制备高熵合金涂层的最新研究成果,分析了当前激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题,提出了应从组元设计、基础理论、性能规律及加工工艺等方面完善科学研究体系,以期制备出性能优异的高熵合金涂层。     

合金元素对激光熔覆高熵合金涂层影响的研究进展

激光熔覆能够实现对能量和品质的精确控制,对基体的热影响小,涂层稀释率低,并与基体形成冶金结合,是目前制备涂层的常用手段。相比于块体材料,涂层的应用减少了材料的浪费,更符合环保理念。采用激光熔覆技术制备高熵合金涂层是近年来高熵合金领域的主要热点之一。由于高熵合金的"鸡尾酒效应",主元元素的选择对涂层性能起着决定性的作用。因此本文主要介绍激光熔覆制备高熵合金涂层时合金元素主元对其相形成规律以及耐磨、耐腐蚀、抗氧化等性能的影响。重点介绍了高熵合金中常用主元元素Fe、Cr、Mn、Al、Ti、Co、Ni几种金属主元和C、N、B、Si四种非金属主元的影响规律,结果表明,通过宏观和微观的合金化可以改变高熵合金相的组成及结构,从而改善材料的性能。最后还对激光熔覆高熵合金涂层的应用前景以及未来研究的方向进行了展望。     

高熵合金熔覆涂层的研究进展

高熵合金熔覆涂层以其简单的结构、优异的性能、较大的应用潜力在材料表面工程中受到广泛关注。综述了高熵合金熔覆涂层的研究进展,探讨了热处理工艺等对高熵合金熔覆涂层的影响,总结了高熵合金熔覆涂层的应用研究,展望了高熵合金熔覆涂层的发展方向。     

激光熔覆多主元高熵合金涂层的研究进展

多主元高熵合金以其独特的合金设计理念和优异的性能,在现代化工业中具有巨大的应用潜力,逐渐成为广大材料研究学者们关注的热点。论述了高熵合金的热力学特性、动力学特性、结构特性以及性能特点,重点阐述了激光熔覆高熵合金涂层以及高熵合金基复合涂层的研究进展,并指出了高熵合金未来的研究发展方向,为激光熔覆高熵合金涂层的研制提供了参考。     

高熵合金激光熔覆涂层的研究进展

高熵合金熔覆涂层结构简单,性能优异,易于制备,是目前高熵合金研究的热点。通过成分设计、元素添加、制备工艺优化等方法,可以显著提高高熵合金熔覆层质量,强化基材性能,获得满足工程应用的高熵合金涂层的有效途径。从元素含量、增强相、热处理工艺等3个方面阐述其对高熵合金涂层微观组织和性能的影响,并进一步分析激光熔覆制备高熵合金目前存在的问题,展望了其未来的研究重点。     

激光熔覆制备高熵合金涂层耐磨性研究进展

机械零部件的摩擦磨损主要发生在材料表面,约有80%的零件工作失效是由表面磨损造成的。摩擦磨损增加了材料和能量的损耗,降低了可靠性和安全性。使用激光熔覆技术在基体表面制备高熵合金涂层的方法,能够使涂层与基体实现良好的冶金结合,以达到提升表面耐磨性能的目的。影响高熵合金涂层耐磨性的因素主要有涂层材料的力学性能,如硬度、塑性和韧性;熔覆过程中产生的缺陷,如表面粗糙不平、气孔和裂纹;摩擦工况,如高温环境和腐蚀环境。本文分析总结了激光熔覆高熵合金涂层的耐磨性影响因素及强化机制。首先,阐明了激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度、光斑直径)和后处理工艺(热处理和轧制)对涂层质量及性能的影响;其次,概述了组元元素选择、高温环境和腐蚀环境对涂层耐磨性的影响;最后,对激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题进行归纳分析,并对未来的发展趋势进行了展望,如基于远平衡态的材料设计理论研发新材料、利用电场-磁场协同或激光-超声振动复合等新工艺提升涂层耐磨性等。     

激光熔覆制备高熵合金涂层耐磨性研究进展EI北大核心CSCD

机械零部件的摩擦磨损主要发生在材料表面,约有80%的零件工作失效是由表面磨损造成的。摩擦磨损增加了材料和能量的损耗,降低了可靠性和安全性。使用激光熔覆技术在基体表面制备高熵合金涂层的方法,能够使涂层与基体实现良好的冶金结合,以达到提升表面耐磨性能的目的。影响高熵合金涂层耐磨性的因素主要有涂层材料的力学性能,如硬度、塑性和韧性;熔覆过程中产生的缺陷,如表面粗糙不平、气孔和裂纹;摩擦工况,如高温环境和腐蚀环境。本文分析总结了激光熔覆高熵合金涂层的耐磨性影响因素及强化机制。首先,阐明了激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度、光斑直径)和后处理工艺(热处理和轧制)对涂层质量及性能的影响;其次,概述了组元元素选择、高温环境和腐蚀环境对涂层耐磨性的影响;最后,对激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题进行归纳分析,并对未来的发展趋势进行了展望,如基于远平衡态的材料设计理论研发新材料、利用电场-磁场协同或激光-超声振动复合等新工艺提升涂层耐磨性等。     

激光熔覆制备高熵合金涂层耐磨性研究进展

机械零部件的摩擦磨损主要发生在材料表面,约有80%的零件工作失效是由表面磨损造成的。摩擦磨损增加了材料和能量的损耗,降低了可靠性和安全性。使用激光熔覆技术在基体表面制备高熵合金涂层的方法,能够使涂层与基体实现良好的冶金结合,以达到提升表面耐磨性能的目的。影响高熵合金涂层耐磨性的因素主要有涂层材料的力学性能,如硬度、塑性和韧性;熔覆过程中产生的缺陷,如表面粗糙不平、气孔和裂纹;摩擦工况,如高温环境和腐蚀环境。本文分析总结了激光熔覆高熵合金涂层的耐磨性影响因素及强化机制。首先,阐明了激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度、光斑直径)和后处理工艺(热处理和轧制)对涂层质量及性能的影响;其次,概述了组元元素选择、高温环境和腐蚀环境对涂层耐磨性的影响;最后,对激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题进行归纳分析,并对未来的发展趋势进行了展望,如基于远平衡态的材料设计理论研发新材料、利用电场-磁场协同或激光-超声振动复合等新工艺提升涂层耐磨性等。     

镁合金表面熔覆改性技术的研究进展

评述了镁合金表面熔覆改性技术的国内外发展概况,着重介绍了热喷涂、激光熔覆及热喷涂 激光重熔复合熔覆3种处理工艺和熔覆涂层材料,提出采用热喷涂 激光熔覆复合法熔覆工艺、镁合金表面熔覆非晶合金以及熔覆高熔点涂层是提高镁合金表面性能的有效方法,具有良好的应用前景.     

等离子弧粉末堆焊熔覆材料的研究现状与进展

自工业化应用以来,等离子弧粉末堆焊技术便受到机械工程领域工作者的广泛关注,并在机械零部件修复与再制造、零部件表面强化等方面取得了令人鼓舞的效果。随着现代科学技术的发展,等离子弧粉末堆焊设备被不断优化与改进,其自动化和数控系统水平不断提高,工业应用也更加便捷和高效,但当前等离子熔覆材料还是以自熔性合金粉末为主,高性能的新型熔覆材料研究报道相对较少。如何挖掘等离子弧粉末堆焊新型设备的技术优点,开发出满足当前对高强度、高真空、高温、耐磨、耐蚀等特殊性能需要的熔覆材料,是堆焊熔覆材料工作者所面临的重大挑战。近10年来,国内外的研究重点主要集中在自熔性合金粉末及其增强粉末的复合化设计,尽管已取得一些成果,但并未拓宽新的熔覆材料研究领域。最近几年,部分研究者开始将金属陶瓷基、纳米颗粒、自润滑、高熵合金等新型粉末作为熔覆材料,应用于等离子弧粉末堆焊的表面强化或修复中,但复合粉末选择原则、成分优化以及制备工艺等还有待进一步研究。除此之外,等离子粉末堆焊熔覆材料的研究尚缺乏一套系统的科学基础理论。目前,国内外等离子熔覆材料体系主要有:(1)合金化自熔性复合材料,利用一些功能性元素的固溶强化、析出强化、弥散强化和细晶强化等作用,改善熔覆层的组织和性能;(2)增强化自熔性复合材料,利用金属陶瓷基颗粒增强效应,提高熔覆层的性能;(3)稀土掺杂自熔性复合材料,发挥稀土特有的化学活性,净化熔覆层组织;(4)金属基自润滑复合材料,以金属或合金作为基相,固体润滑剂作为分散相,形成金属基自润滑堆焊熔覆材料;(5)高熵合金复合材料,将五种或五种以上的金属粉末混合组成复合粉末,形成高熵合金堆焊熔覆材料体系。除此之外,还有铜基、钛基、铝基、锆基和纳米等堆焊熔覆材料,借助这些材料的某些特性,使堆焊层实现耐磨、耐腐蚀、减摩、抗高温、抗热氧化和生物相容性等功能。本文介绍了等离子弧堆焊熔覆粉末材料设计应遵循的一般原则和成分优化的基本方法,归纳了堆焊熔覆层材料现有体系及其研究现状,分析了等离子弧堆焊熔覆材料存在的问题并展望了其发展趋势。     

激光熔覆与等离子喷焊WF218合金的组织和性能比较

气门密封面激光熔覆的工艺和性能研究较多,但激光熔覆的合金组织和性能与现在气门密封面生产应用的等离子喷焊合金的对比数据较少.为了推动激光熔覆技术在气门密封面生产中的应用,对目前应用的气门WF218合金进行了激光熔覆层与等离子喷焊层的对比研究.通过对同炉气体雾化生产的WF218合金粉末分别进行激光熔覆和等离子喷焊,对两者合金层研究结果显示,激光熔覆合金层更致密、组织更细小、成分更均匀、耐蚀性和耐磨性更好.根据研究数据,激光熔覆技术应用于气门密封面生产将进一步提高质量.     

高熵合金在高速切削刀具上的应用及发展趋势

综述了高速切削刀具材料最新研究进展;介绍了高熵合金及其氮化物涂层的性能和组织特征,以及化学气相沉积、物理气相沉积、磁控溅射、激光熔覆和热喷涂等涂层制备方法;展望了高熵合金涂层刀具的发展趋势。     

TC4合金激光熔覆材料的研究现状

TC4合金属于(α+β)双相合金,具有密度小、比强度高、耐高温、耐腐蚀、无磁、相容性好等优点,被广泛应用于航空航天领域。但是TC4合金硬度低、耐磨性差的缺点在很大程度上限制了其应用与推广,因此对TC4合金进行表面改性具有重要意义。激光熔覆是新型的表面改性技术,由于其具有可加工材料广泛、效率高、熔覆层与基体相容性好、节省材料、环保、无污染等优点,在TC4合金表面改性领域获得了广泛的应用。利用激光熔覆技术对TC4合金进行表面改性始于20世纪80年代,经过近40年的探索,学者们发现影响熔覆层质量与性能的因素有激光熔覆材料、激光工艺参数以及工艺处理条件等。在考察各种因素对熔覆层的影响后发现,激光熔覆材料对熔覆层的质量与性能起到决定性作用。根据材料成分构成可以将熔覆材料分为金属及金属合金粉末、陶瓷粉末、纳米陶瓷粉末、金属-陶瓷复合粉末及其他粉末。其中,金属及其合金具有极高的硬度,但是不耐高温,适合在400～900℃下使用。陶瓷材料具有高硬度、高熔点等特点,在激光熔覆过程中可以作为增强相使用,但是其韧性低,易产生裂纹,而纳米陶瓷材料可有效缓解界面应力集中,减少熔覆层中的裂纹、气孔等缺陷。金属-陶瓷复合材料可以借助激光熔覆技术将金属的强韧性和陶瓷材料的耐磨、耐高温性结合起来,是目前激光熔覆领域的研究热点。其他熔覆材料如稀土及其氧化物粉末、固体润滑剂粉末、包覆型粉末等具有特定的性能,在熔覆粉末中添加少量此类粉末可以显著改善其熔覆层性能。本文概述了近年来学者通过改变熔覆粉末成分来改善TC4合金表面性能的研究成果,对熔覆粉末进行了分类,介绍了各类粉末的优缺点和应用场合,指出了TC4合金表面改性存在的主要问题(开裂问题),分析了裂纹产生的原因并提出了相应的解决方案。     

钛合金表面激光熔覆的研究进展

钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好等优点,广泛应用于航空航天等领域,但钛合金耐磨性低、抗高温氧化性差的特点限制了其应用。利用激光熔覆技术提高钛合金表面性能已成为钛合金表面改性的研究热点。综述了目前国内外钛合金表面激光熔覆材料的研究进展,分析了激光熔覆技术的应用范围,并展望了其今后的发展趋势。     

铝材表面激光熔覆Ni_(1.5)Co_(1.5)FeCrTi_x高熵合金层的组织与性能

为了提高铝合金的耐磨性及耐蚀性并降低高熵合金中元素偏析的现象,采用CO_2激光熔覆技术在铝基体表面制备了Ni_(1.5)Co_(1.5)FeCrTi_x高熵合金熔覆层。借助光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和电化学工作站检测技术研究了Ti含量对Ni_(1.5)Co_(1.5)FeCrTi_x熔覆层显微组织和耐蚀性能的影响。结果表明:Ni_(1.5)Co_(1.5)FeCrTi_x高熵合金熔覆层主要相结构为简单的面心立方相、金属间化合物相和Laves相;当Ti含量摩尔比从0.5增至2.0时,Ni_(1.5)Co_(1.5)FeCrTi_x高熵合金熔覆层的表面硬度从510 HV增加到554 HV,在0.5 mol/L HNO_3溶液中具有优异的耐蚀性能。     

激光熔覆工艺参数对MoFeCrTiWAlNb高熔点高熵合金涂层组织和性能的影响

为了提高工具铜的重复使用寿命,通过激光熔覆技术在高速钢表面成功制备了MoFeCrTiWAlNb高熔点高熵合金涂层,利用金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM/EDS)、显微硬度计等设备,探究了激光功率、激光扫描速率对高熵合金涂层显微组织和硬度的影响规律.结果 表明:当激光功率较小时,熔覆层较浅,熔覆层表面出现起球、孔洞等缺陷;随着激光功率的增加,涂层表面形貌更加平整均匀,涂层显微组织由胞状枝晶和颗粒状组织组成,涂层显微硬度先增加后减小.随着激光扫描速率的增加,熔覆层成型质量变差,但涂层组织更加细小均匀,涂层显微硬度逐渐提高.较优的工艺参数为激光功率2.6 kW、扫描速率4 mm/s.     

激光熔覆CoCrFeMnNiMox高熵合金的组织和耐蚀性研究

目的 为了增强钢制结构表面的耐蚀性,研究Mo含量对CoCrFeMnNiMox高熵合金组织与耐蚀性的影响。方法 采用激光熔覆的方式在N80钢上制备CoCrFeMnNiMox（x=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5）高熵合金熔覆层,研究Mo含量变化对高熵合金组织、物相与耐蚀性的影响。结果 CoCrFeMnNiMox熔覆试样均由单一的FCC固溶体相组成,随着Mo含量的增加,晶格畸变增大;当Mo的摩尔比超过0.3后,晶粒有长大倾向;Mo的摩尔比为0.5时,表面择优生长晶面由（111）密排晶面转变为（200）非密排晶面。熔覆试样在氯化钠溶液和稀硫酸溶液中的耐蚀性相较N80钢提升明显,其中,CoCrMnFeNiMo0.3的耐蚀性最好,在质量分数为3.5%的氯化钠溶液中其自腐蚀电流密度是N80钢的5%,自腐蚀电位比N80钢提高了1倍;在0.5 mol/L硫酸溶液中,其自腐蚀电流密度是N80钢的31%,钝化区电流密度比N80钢降低了1个数量级。结论 在该高熵合金体系中,随着Mo含量的增加,晶格畸变增大。CoCrMnFeNiMox高熵合金熔覆层可以有效地阻止基体腐蚀的发生。Mo元素在溶液中能够形成MoO3附着在金属表面,从而形成稳定致密的保护层,减少点蚀的发生。CoCrMnFeNiMo0.3熔覆层的耐蚀性最好。     

铸造镍基K3合金的激光熔覆开裂及工艺研究

研究了铸造镍基Ｋ３合金的激光熔覆过程，分析了原始组织及激光熔覆工艺参数对熔覆裂纹形成的及作用；探讨了使用激光熔覆技术对损伤的Ｋ３合金叶片进行修复的可能性。研究结果表明，Ｋ３合金中沿界分布的低熔点共晶及碳化物是引起激光熔覆开裂的主要因素，采用较高的功率密度和较快的扫描速度进行激光熔覆，可减少热影响区范围，明显地抑制熔覆裂纹的产生。     

电火花沉积高熵合金涂层的研究现状与展望

基于高熵效应的多主元合金克服了传统高熵合金(HEA)的弊端,形成了综合性能优异的简单固溶体.最初,高熵合金的设计理念主要通过块状高熵合金来实现,随着人们对高熵合金的深入研究,高性能高熵合金涂层的概念被提出来.但是,现有的磁控溅射、热喷涂和激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在厚度低、孔隙率高、对异形关键部件涂层可达性差等问题,严重阻碍了高熵合金涂层在航空航天领域的应用.电火花沉积技术不但具有绿色、节能、省材等优势,而且针对细长管内壁和弯曲弧面等结构特征的关键件,电火花沉积高熵合金涂层的厚度均匀、可达性良好.除了对涂层制备工艺的探索外,众多学者还通过高熵合金涂层设计的五大效应之一"鸡尾酒效应"改变组元进行调配以及添加WC等硬质颗粒和稀土元素来达到涂层所需的组织和性能.最后,研究者往往会在涂层制备之前采用正交试验等手段优化高熵合金涂层制备的工艺参数,提高涂层所需要的性能.本文详细介绍了高熵合金设计原理及不同技术制备高熵合金涂层的研究进展,总结了不同高熵合金涂层体系结构与性能之间的关系,并指出利用电火花沉积高熵合金涂层作为表面改性手段的发展前景.