镁合金激光表面熔凝技术分析

为了研究不同激光工艺参量对镁合金熔凝层组织和性能的影响,采用高功率快速扫描（13J/mm2～33J/mm2）和低功率慢速扫描（100J/mm2～250J/mm2）两套能量密度相差较大的激光熔凝技术对镁合金表面进行真空激光熔凝处理。结果表明,两套激光工艺处理下熔凝层均由α-Mg和β-Mg17Al12相所组成,但β-Mg17Al12所占的比例在低功率慢速扫描下较高,约为16%;熔凝层组织均为典型的树枝晶,高功率快速扫描熔凝层枝晶尺寸远远小于低功率慢速扫描熔凝层的枝晶尺寸;在高功率快速扫描处理工艺下,熔凝层的硬度、耐磨性分别是低功率慢速扫描处理下熔凝层的1.5倍和3倍;高功率快速扫描处理下熔凝层的耐蚀性也较低功率慢速扫描处理下熔凝层的耐蚀性显著提高。     

高功率激光熔凝AZ91HP镁合金组织和性能

在真空条件下对AZ91HP镁合金进行了高功率激光熔凝处理。研究结果表明,在高功率激光快速扫描下,熔凝层主要由分布于α-Mg枝晶间的板条状β-Mg17Al12构成,硬质相β-Mg17Al12含量较原始镁合金有所增加。随激光功率增加,熔凝层树枝晶尺寸逐渐增大,且长度方向上的增加幅度约为宽度方向上增加幅度的10倍。由于枝晶细化和β-Mg17Al12的强化作用,与原始镁合金相比,熔凝层的硬度约提高90%左右,耐磨性提高78%,耐蚀性显著提高。     

镁合金激光熔凝层显微组织分析

采用激光熔凝技术处理镁合金,系统分析了激光熔凝处理后熔凝层组织变化特征。研究结果表明,激光熔凝处理后,熔凝层相组成仍为α-Mg和β-Mg17Al12,其中β相含量较原始镁合金有所提高。熔凝层组织呈明显的树枝晶形貌特征,较原始镁合金晶粒显著细化,且沿熔凝层深度增加,枝晶尺寸逐渐增大。透射电镜分析进一步证明了熔凝层由密排六方结构的α-Mg和体心立方结构的β-Mg17Al12组成,其中β相呈板条状、短柱状和六棱柱状多种形态析出。另外,当激光功率从2 kW增加到5 kW时,熔凝层中β含量和枝晶尺寸均增加,且枝晶长度方向的增加幅度约为宽度方向上增加幅度的10倍。在枝晶细化和沉淀强化综合作用下,熔凝层的耐磨性较原始镁合金有显著提高。     

AZ91HP镁合金真空激光熔凝的微观组织与性能

在真空条件下对AZ91HP镁合金进行了激光熔凝处理。研究结果表明,镁合金激光熔凝层均是由α3/Mg和β-Mg17Al12相所构成,且随激光扫描速度的增加,β-Mg17Al12相的相对含量降低。随着激光扫描速度的增加,由于熔凝层组织细化,致使其硬度、耐磨性、减磨性和耐蚀性增加,但因熔凝层中β-Mg17Al12相的相对含量较高,使得激光熔凝层的耐蚀性较镁合金为低。     

低温水冷下AZ80镁合金表面激光熔覆Al_(63)Cu_(27)Zn_(10)涂层的组织与性能

为提高AZ80镁合金的表面性能,在低温流水冷却条件下采用预置粉末激光熔覆法在镁合金表面制备Al63Cu27Zn10(原子数分数,%)涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度仪、摩擦磨损试验机、电化学工作站对熔覆层和基体的微观组织与性能进行了表征和分析。结果表明:熔覆层组织均匀致密,与基体呈良好冶金结合,熔覆层主要由α-Mg,二元相Al17Mg12、Al Mg、Al3Mg2,三元相Mg32Al47Cu7、Al Mg2Zn、Mg Al2O4和非晶相组成。熔覆层的显微硬度为375~683 HV,是基体(92 HV)的4~7倍,熔覆层相对耐磨性为基体的3.2倍,电极电位提高了389.5 m V,腐蚀电流降低了两个数量级。经激光熔覆Al63Cu27Zn10(原子数分数,%)涂层后,AZ80镁合金基体的耐磨耐蚀性能得到较大改善。     

体育器械用镁合金材料的激光表面改性处理

为分析体育器械用镁合金材料的激光表面改性处理效果,对镁合金材料预处理,确定激光熔凝处理工艺,计算镁合金材料表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性,并建立研究期内检测数据的数据库,使用SPSS17.0软件统计分析数据结果。结果显示,当激光熔凝改性处理采用的激光功率为3 kW时,改性镁合金材料表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性效果提升最为明显。试验表明,激光熔凝处理会加强镁合金材料表面的硬质含量、强化沉淀作用,细化α-Mg晶粒,减小β相之间的间距,形成更致密的Al₂O₃氧化膜,促使镁合金材料中的杂质元素分布更为均匀,从而提高镁合金材料表面的物理、化学和力学性能,提升镁合金材料的硬度、耐腐蚀性及耐磨性。     

镁合金激光表面熔凝技术分析

为了研究不同激光工艺参量对镁合金熔凝层组织和性能的影响,采用高功率快速扫描(13J/mm2～33J/mm2)和低功率慢速扫描(100J/mm2～250J/mm2)两套能量密度相差较大的激光熔凝技术对镁合金表面进行真空激光熔凝处理.结果表明,两套激光工艺处理下熔凝层均由?Mg和?Mg17Al12相所组成,但?Mg17Al12所占的比例在低功率慢速扫描下较高,约为16%;熔凝层组织均为典型的树枝晶,高功率快速扫描熔凝层枝晶尺寸远远小于低功率慢速扫描熔凝层的枝晶尺寸;在高功率快速扫描处理工艺下,熔凝层的硬度、耐磨性分别是低功率慢速扫描处理下熔凝层的1.5倍和3倍;高功率快速扫描处理下熔凝层的耐蚀性也较低功率慢速扫描处理下熔凝层的耐蚀性显著提高.     

AZ31B镁合金CO2气体激光熔凝的微观组织与磨损性能

以AZ31B镁合金为对象,对其进行CO2气体激光表面熔凝处理,采用金相观察、X射线衍射分析、硬度测试及摩擦磨损试验等手段,研究了激光熔凝层及原始镁合金的微观组织结构及磨损性能。激光功率P＝3 300 W,扫描速度v＝360 m/s时熔凝层是由α-Mg和β-Mg17Al12组成,且熔凝层的相含量比母材多。熔凝层的微观组织以树枝晶为主,枝晶组织发生了明显的细化。由于细晶强化、固溶强化和析出强化的共同作用,熔凝层的显微硬度提高了大约2倍。原始镁合金的磨损以磨粒磨损和氧化磨损为主,而熔凝层以磨粒磨损为主,熔凝层的耐磨损性能也得到了改善。     

CeO2对镍基碳化钨激光熔覆层性能的影响

研究了不同激光功率条件下不同含量的氧化铈对镍基碳化钨金属陶瓷熔覆层宏观质量、显微组织及熔覆层横截面硬度的影响。CeO2的掺入均能使镍基碳化钨金属陶瓷熔覆层中的相组织得到细化,裂纹大大减少,宏观质量得到显著改善。随稀土氧化物加入量的增加,稀土的细晶变质作用效果更加明显。当CeO2的含量为0.16wt%时,熔覆层的硬度达到最大约为900HV0.3～1300HV0.3,裂纹基本消失。激光功率对熔覆层的宏观质量、显微硬度及微观组织均有影响,当激光功率低于1.5kW时,难以得到连续光滑的熔覆层;当激光功率高于2.0kW时,熔覆层的晶粒长大,硬度明显降低。     

Cr12MoV模具钢激光熔覆Fe基合金的组织与性能分析

为了进一步提高模具钢表面的硬度和耐磨性能,以Cr12MoV作为基体材料,利用2 kW半导体激光器,以同轴送粉的方式在其表面上熔覆高硬度的Fe基合金粉末。通过光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜分析熔覆层的组织形貌和物相;用显微硬度计测试熔覆层的显微硬度,用磨损试验机进行耐磨试验。进而研究激光功率、扫描速度和送粉量等工艺参数对熔覆层组织性能的影响,确定了最优化工艺参数。实验结果表明,使熔覆层的硬度和耐磨性较优良的工艺参数为:激光功率为1.2 kW,扫描速度为720 mm/s,送粉量为8.5 g/min。在此工艺参数下,熔覆层无裂纹、气孔、夹渣等缺陷,且显微硬度和耐磨性能得到显著提高,最高硬度达921 HV0.2,熔覆层的磨损失重仅为基体材料的25%,明显高于基体的硬度和耐磨性,这归因于熔覆层中存在V4C3、Cr23C6、Cr7C3等细小树枝晶。     

工业纯铝表面激光熔覆Y粉的研究

为了研究稀土Y元素对工业纯铝表面激光熔覆层的组织和性能的影响,在工业纯铝基体上,采用CO2激光器制备了Al-Y合金熔覆层,利用金相显微镜、能谱分析、X射线衍射分析和显微硬度计等对熔覆层的显微组织、成分分布、物相组成和显微硬度进行了研究。由实验结果可知,Y元素显著细化了熔覆层的组织,熔覆层与基体形成良好的冶金结合;生成了含Y的新相YAl3,Y4Al2O9等铝钇金属间化合物;熔覆层区域的显微硬度43HV0.2~58HV0.2与基体的显微硬度30HV0.2~40HV0.2相比提高了50%~60%,在熔覆层表面硬度值达到最高。结果表明,通过激光熔覆Y粉可以提高工业纯铝的表面性能。     

TiO2对45#钢表面激光熔覆镍基合金的影响

采用激光熔覆技术 ,在 4 5 # 钢表面进行了镍基合金粉末添加TiO2 的熔覆试验。通过对激光熔覆工艺参数及TiO2 含量的优选可以获得质量良好的熔覆层。对激光熔覆层横断面进行了显微硬度测量和显微组织分析 ,对熔覆层表面进行了X射线衍射 (XRD)物相分析及摩擦学性能测试。试验表明 ,当TiO2 含量 3wt . %～ 4wt . % ,激光功率 1 8kW ,扫描速度 2～ 4mm/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。TiO2 能够提高镍基合金熔覆层的韧性、耐磨性 ,细化熔覆层的组织 ,降低熔覆层的裂纹敏感性。TiO2 对G112镍基合金激光熔覆层的改善归因于TiO2 对熔覆层组织的均匀细化、对粗大针状脆性硬质相的抑制以及对韧性相成分的提高作用     

Al2O3对Ni60激光熔覆层组织和耐磨性的影响

采用自动送粉激光熔覆技术,在A3钢表面进行了Ni60合金添加Al2O3的激光熔覆试验,通过对工艺参数和Al2O3含量的选取,获得了性能改善的激光熔覆层。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射线衍射物象分析和摩擦磨损试验。结果表明:与纯Ni60激光熔覆层相比,添加适量Al2O3的Ni60激光熔覆层的平均硬度提高300Hv0.3,耐磨性提高4倍。分析认为,Al2O3能够大大提高Ni60激光熔覆层硬度和耐磨性的原因在于:适量Al2O3的加入,可抑制涂层中粗大的脆性硬质相的形成,起到细化晶粒的作用:而形成的Al2Cr4C2细小颗粒增强相均匀弥散分布在组织中,不容易脱落,很好的起着均匀载荷和减摩抗磨作用。     

铝合金表面激光熔覆Al+Y粉末的研究

为了研究激光熔覆制备Al-Y合金涂层的可行性,采用CO2激光器熔化预置的Al+Y混合粉末的方法,利用SEM,XRD,EDS和硬度检验等方法分析了熔覆层的显微组织、物相组成、成分分布和硬度等。在2034铝合金表面得到了激光熔覆涂层,其物相主要由Al,Y5Al3,YAl3,YA1等组成,Y元素主要分布于晶界和枝晶间,熔覆层的显微硬度70HV0.2～95HV0.2与基体的100HV0.2～120HV0.2相比较低,原因在于降低了基体中Cu元素的固熔强化效果。结果表明,熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,熔覆层显微组织显著细化。     

激光熔覆复合涂层组织性能研究

研究了TC4合金表面激光熔覆WC-12Co/NiCrAlY复合涂层后熔覆层的组织结构、显微硬度、熔覆层深度等。实验结果表明,激光熔覆层在组织结构上分为熔化区、结合区、热影响区。由于涂层中不同部位成分、温度分布及冷却速度不同使初生相呈树枝状、块状、花瓣状及颗粒状等几种形态;实现了涂层与基体的良好冶金结合,熔覆层最高硬度可达1100 HV。利用SEM观察、显微硬度测试等分析手段,研究了激光功率、扫描速度、涂层成分、涂层厚度对熔覆层的显微硬度、熔覆层深度影响。结果表明:在其它条件不变时,随着能量密度的增加,熔覆层的显微硬度下降;随着涂层成分中WC-12Co相对含量的增加,熔覆层的硬度增加,但熔覆层的深度减小;激光能量密度大小对熔覆层中熔化区的深度有较大影响;随着涂层厚度的增加,熔化区的深度在减小。     

镁合金表面激光熔覆Al-Si基纳米SiC复合涂层的组织及性能

纳米材料由于其结构的特殊性,具有一般材料难以获得的优异性能,为了将纳米材料的优异性能应用到镁合金表面改性当中,利用横流CO₂激光器在AZ31B镁合金基体上制备了Al-Si合金粉末+5%纳米SiC粉末复合涂层,采用光学显微镜、扫描电子显微镜观察了熔覆层的显微组织并分析了微区成分分布情况,激光熔覆层与基体结合良好,熔覆层的显微组织具有明显的结构特征,出现了大量的十字架结构。X射线衍射结果表明,激光熔覆层的组成相主要为Mg₂Si、Mg₂C₃、Mg₁₇Al₁₂、A_l3.21Si_0.47等。利用显微硬度仪进行了硬度测试,由于在激光熔覆过程中新形成的化合物起到了强化作用,熔覆层的最高显微硬度可达216 HV0.2,是基体的3倍多。     

304不锈钢表面激光熔覆FeNiCrAl涂层的研究

基于橡树岭国家实验室(ORNL)开发的具有良好抗蠕变性能且在材料表面形成Al2O3膜的奥氏体不锈钢(AFA)的化学成分,结合熔覆粉末设计原则进行熔覆粉末配比,在304不锈钢基体表面进行激光熔覆,研究激光功率、铝含量对熔覆层成型性和组织的影响.研究结果表明,激光能量密度为31.25W·s/mm2时,熔覆层成型性良好,无开裂、气孔等缺陷.熔覆层与304不锈钢基体界面呈冶金结合;Al含量从0增加到5wt%,组织呈细化趋势;合金涂层的平均显微硬度高达230HV;铝含量2.5wt%的试样,在腐蚀试验温度90℃下,10%HCl+10%HNO3及6%的FeCl3溶液中进行腐蚀,基体腐蚀速率为42mm/a,涂层腐蚀速率为8.76mm/a.     

激光冲击强化对316L不锈钢熔覆层微观结构和性能的影响

研究了激光冲击强化(LSP)对316L不锈钢熔覆层表面显微硬度、残余应力以及微观结构的影响。结果表明,LSP后熔覆层表面的显微硬度和残余应力得到明显改善;微观结构发生明显变化,晶粒由柱状晶转变为等轴晶,晶粒得到细化;熔覆层自腐蚀电流密度降低,材料耐腐蚀性得到提高。     

La_2O_3对激光熔覆镍基纳米Al_2O_3复合涂层组织和性能的影响

采用激光熔覆技术在Q235钢基体上制备了不同La2O3含量的镍基纳米Al2O3复合涂层。通过扫描电镜观察分析了熔覆层的微观组织结构,并对熔覆层的显微硬度和摩擦磨损性能进行了测试。试验结果表明,加入1.5wt%稀土La2O3时,熔覆层组织显著细化,由细小的等轴树枝晶和共晶组织组成,熔覆涂层的显微硬度在651.4HV0.2至732.4HV0.2之间,耐磨性能显著提高。     

激光扫描速率与熔覆层组织性能的规律研究

为了研究在激光熔覆修复工艺中，激光扫描速率对最终形成的熔覆层性能的影响，采用同步送粉法，利用激光熔覆工艺在QT500球墨铸铁上制备了不同扫描速率下的镍基合金熔覆层样本；利用金相显微镜观察熔覆层的显微金相，并使用显微硬度计对熔覆层显微硬度进行了测定与分析，取得了熔覆层样品的硬度、显微金相组织以及样品稀释率等数据。结果表明，在其它条件不变下，随着激光扫描速率的增加，熔覆层组织更加致密、均匀，熔覆层的平均显微硬度得到了显著提高；以激光功率为1.9kW、扫描速率为5mm/s、光斑直径为4mm等参量得到的熔覆层组织与性能最优。此研究对激光熔覆表面强化工艺中合理选择工艺参量提供了理论依据。