激光熔覆Stellite6涂层工艺优化及组织性能研究

采用激光同轴送粉技术制备Stellite6钴基熔覆层,通过正交试验、单层单道、单层多道和多层多道工艺试验优化激光熔覆工艺参数。利用扫描电子显微镜、光学显微镜、X射线衍射仪表征了熔覆层显微组织结构,同时分析了微观硬度和耐摩擦磨损性能。结果表明,以熔覆层稀释率、成形系数和显微硬度为优化目标参数,可有效筛选激光熔覆Stellite6涂层制备工艺。所制备Stellite6涂层组织均匀,熔合线附近为平面晶,涂层中部区域为树枝晶,顶部区域为等轴晶。熔覆层物相由fcc-Co、(Co, W)₃C与Cr₂₃C₆等组成,平均硬度为457 HV。熔覆层耐摩擦磨损性能优于316L不锈钢基体,其主要磨损机制为磨粒磨损。     

重熔对激光熔覆Cr3C2/Ni涂层组织与性能的影响

在优化的工艺参数下制备了激光熔覆Cr₃C₂/Ni涂层,采用相同的工艺参数对Cr₃C₂/Ni熔覆层进行重熔处理,研究了重熔对单道及多道Cr₃C₂/Ni熔覆层组织与性能的影响。研究结果表明,重熔使Cr₃C₂/Ni单道熔覆层的平均硬度从893.26 HV降到748.33 HV,降低16.23%,在重熔的单道熔覆层中部出现了生长方向明显的柱状晶;重熔使Cr₃C₂/Ni多道熔覆层的平均硬度从844.75 HV降到819.92 HV,降低2.93%,重熔后多道熔覆层的组织更加均匀细小,其相对于GCr15钢的耐磨性由0.68降到0.45,黏着磨损加剧,抗弯强度提高,塑性增强。重熔在改善Cr₃C₂/Ni多道熔覆层表面成形质量的同时,使显微硬度仍保持较高值,耐磨性略有下降,抗弯强度提高。     

U71Mn钢激光熔覆钴基熔覆层耐磨性研究

为提高U71Mn钢的耐磨性,延长钢轨的使用寿命,选择Stellite6粉、TiC粉和Y₂O₃粉为熔覆粉末,采用激光熔覆同轴送粉技术在U71Mn钢基体表面制备钴基合金熔覆层。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度仪器、超景深显微镜、磨损试验机,分析熔覆层宏观形貌、显微组织、物相组成、显微硬度、磨损形貌和摩擦磨损性能。研究表明,在质量分数为10%TiC-钴基粉末中添加粉末总质量2%的Y₂O₃粉末,可获得较好的单道熔覆层;在激光功率为1 200 W,扫描速度为5 mm/s,送粉速度为1.0 r/min,搭接率为40%时,可获得表面最为平整的熔覆层。熔覆层显微组织由等轴晶和柱状晶组成,熔覆层与基体冶金结合良好,熔覆层主要由TiC、Cr₇C₃、Cr₂₃C₆、γ-Co和Co₃Ti组成。熔覆层硬度最高可达572 HV,平均硬度约为基体的1.8倍;熔覆层磨损量为基材磨损量的3.83%,钴基熔...     

激光熔覆和TIG堆焊Fe55合金涂层组织与性能对比研究

采用激光熔覆和钨极氩弧堆焊方法在Q235钢基体表面分别制备Fe55合金涂层。应用金相、X射线衍射、显微硬度及磨粒磨损等分析手段对涂层的组织和性能进行研究。结果表明,激光熔覆和TIG堆焊涂层的稀释率分别为4.42%和7.65%,并且两个涂层均由α-Fe固溶体和原位合成的颗粒增强相CrFeB、Cr₇C₃、(Cr, Fe)₇C₃及Fe₂B等组成;以树枝晶和胞状晶为主的激光熔覆涂层组织比以等轴晶和胞状晶为主的TIG堆焊涂层组织细小致密;激光熔覆涂层的显微硬度和耐磨性均优于TIG堆焊涂层,平均显微硬度约为664 HV,磨损方式主要为显微切削。     

激光熔覆灰铸铁制动盘Fe-Ni-Cr梯度复合涂层微观组织及高温摩擦磨损性能研究

激光熔覆是解决灰铸铁制动盘磨损失效的一种可靠办法,但灰铸铁中存在的片状石墨会影响涂层的质量,降低涂层与基体的结合强度。本研究团队在灰铸铁制动盘表面熔覆了Fe-Ni-Cr复合涂层,并对涂层的相组成、显微组织、硬度及耐磨性能进行了分析。结果表明:涂层中的物相主要为Fe₅C₂和Fe₃C,而且这些物相呈阶梯状分布;涂层与基体结合良好,且熔覆区晶体的生长形态由柱状晶逐渐转变为胞状晶、枝状晶和等轴晶;在晶粒细化的作用下,涂层硬度略有波动,其平均硬度为468 HV0.3;涂层的耐磨性优于基体;随着试验温度由100℃升高到300℃,涂层的磨损量逐渐减少,涂层的磨损机理逐渐从以磨粒磨损为主转变为以黏着磨损和氧化磨损为主;当试验温度为300℃时,涂层的磨损量最小。     

镍基高温合金激光熔覆涂层组织及性能研究

为了研究高温合金激光熔覆涂层组织演变及力学性能,采用激光熔覆技术在2Cr25Ni20耐热奥氏体不锈钢表面制备镍基NiCrFeMo高温合金涂层。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能量色散光谱仪、显微硬度计等微观分析测试手段对该镍基高温合金涂层的微观组织形貌、物相种类、界面元素分布与偏析、各区域的硬度进行分析。结果表明, 基材与熔覆层结合位置至熔覆层顶部,依次由多种晶粒形态生成;Nb与Mo元素在熔池金属液体对流作用下向基材发生扩散,其它元素基本无扩散;熔覆层存在物相有γ-Ni和Cr₂Fe₁₄C,熔覆层结合位置包含物相Fe₂Ni₃, γ-(Fe, Ni)和Ni_0.9Nb_0.1;基材显微硬度平均值为252HV_0.3左右,熔覆层显微硬度平均值为285HV_0.3左右;经常温拉伸试验,与2Cr25Ni20钢力学性能比较,2Cr25Ni20钢修复件抗拉强度升高,强度增大,断后伸长率明显下降,塑性降低。此研究为后续钢炉转轴修复提供了可行性方案。     

镀铜石墨对机床导轨用锡基巴氏合金熔覆层组织及磨损性能的影响

为提高锡基巴氏合金的自润滑性能和耐磨性，将镀铜石墨(Cu-Gr)粉与锡基巴氏合金粉末混合，采用激光熔覆的方法在20钢基体表面制备锡基巴氏合金自润滑复合熔覆层。结果表明，激光熔覆后，通过铜包裹的石墨在复合熔覆层中仍以单质的形式存在；Cu-Gr/巴氏合金复合熔覆层均匀致密，表面无裂纹、气孔等缺陷。熔覆层主要由α-Sn固溶体相、硬质点相SnSb和Cu₆Sn₅相组成。由于镀铜石墨的添加，复合熔覆层的组织明显细化。复合熔覆层的显微硬度约为43.19 HV,相较于巴氏合金熔覆层提高了27%。由于显微硬度的增加和石墨的自润滑性能，复合熔覆层的摩擦系数和磨损率均有下降，分别为0.359和1.36×10^-6 mm/(N^-1·m^-1)。Cu-Gr的添加能有效改善巴氏合金的自润滑性能和耐磨性能。     

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。     

钒氮合金对激光熔覆钴基合金涂层组织和耐磨性的影响

利用5 kW CO2连续激光,在低碳钢表面熔覆钴基合金和添加钒氮合金的钴基合金涂层.采用光学显微镜(OP)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)研究了熔覆层的显微组织和相结构;利用显微硬度计及滑动磨损试验机测试了熔覆层的硬度和抗磨损性能.结果表明,Co基合金涂层主要组成相为γ-Co与碳化物Cr23C6;加入钒氮合金后,出现了σ-FeV和VN等相,涂层凝固组织明显细化,熔覆层硬度提高,凡界面处硬度均比表层高;熔覆层的耐磨性随钒氮合金的加入及激光扫描速度的增加而提高,同时对熔覆层的磨损机制进行了分析.     

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。     

WC对激光熔覆热作模具的组织和磨损性能的影响

以WC为强化相颗粒,在AISI H13热作模具钢表面制备了纯铁基合金熔覆层和WC质量分数为3%、6%、9%铁基合金熔覆层。在优化工艺参数的基础上,研究了熔覆层中的WC分布以及熔覆层的组织形貌、物相和磨损行为。结果表明:熔覆层与基体之间形成了良好的冶金结合,熔覆层组织主要由枝晶和共晶组成;加入WC颗粒后,其周围区域出现了组织细化现象;熔覆层因硬质相而获得了更高的硬度,且其耐磨损性能相比于基体有明显提升;当WC质量分数为3%、6%、9%时,熔覆层的硬度和耐磨性能比铁基熔覆层有较大提升;熔覆层的磨损机制主要为磨粒磨损,并伴有不同程度的黏着磨损;随着WC质量分数的增大,熔覆层的氧化磨损程度逐渐加深。     

Co/介孔WC激光复合涂层的显微结构与高温磨损性能研究

以H13钢为基体材料,以Co基合金和同粒径范围介孔WC的混合粉末为合金材料,采用半导体激光器在基体表面进行激光熔覆,通过介孔WC的特殊结构,获得均匀的高性能覆层。采用扫描电镜、能谱仪、X-射线衍射分析仪和显微硬度计研究熔覆层的显微组织、元素分布、相组成和显微硬度。利用高温磨损试验机对熔覆层在常温和高温下的磨损性能进行对比分析。结果表明,熔覆层主要由γ-Co以及碳化物硬质相WC、Cr3C2、(Cr,Co)23C6和Cr7C3组成。由于介孔WC颗粒对熔覆层的弥散强化和固溶强化的作用,激光熔覆层显微硬度比基体提高了2倍左右。在600℃高温下,由于碳化物硬质相的作用,熔覆层的高温耐磨性相比H13基体提高了3倍左右,熔覆层的高温磨损形式主要以氧化磨损为主。由于温度的升高,熔覆层表面形成氧化膜,从而对熔覆层进行有效保护,因此熔覆层的耐磨性随着温度的增加而提高。     

40Cr刀具表面激光熔覆WC/Co50复合涂层的微观组织及其磨损性能

通过6 kW 横流CO2激光器在40Cr钢表面激光熔覆了不同成分配比的WC/Co50复合涂层。运用金相光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)等表征手段分析了涂层结合区形貌、显微组织和物相组成,测试了复合涂层的显微硬度和磨损性能。结果表明,外加的WC颗粒在高能激光束作用下大部分发生溶解,涂层主要由碳化物WC、W2C、(Cr,Fe)7C3和W6C及Fe-Cr固溶体等物相组成。涂层中组织结构比较复杂,出现了树枝状初晶、包状过共晶,枝晶间共晶和硬质相颗粒。WC/Co50 熔覆涂层的最大显微硬度位于涂层次表面,其最大平均显微硬度为基材的1.93倍,且随着深度的增加逐渐降低。相同磨损条件下,复合涂层的磨损失重仅为基材的13.3%。     

超声辅助工艺对激光熔覆涂层组织性能影响

为提高传统激光熔覆涂层中的组织性能和整体质量,采用空载式超声振动辅助设备制备涂层。在45钢表面制备304L+La₂O₃涂层,分析研究了熔覆层的显微组织、物相组成、显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明：超声振动产生的空化效应以及声流作用能够使涂层晶粒更加细小,改善组织性能。施加超声后熔覆层硬度平均为758.2 HV,比无超声工艺提高了7.4%,摩擦因数和磨损量分别降低了6.5%和12.9%。     

WC含量对激光熔覆FeCoNiCr高熵合金涂层组织结构及性能的影响规律研究

激光熔覆高熵合金涂层已成为表面工程领域的研究热点之一，本文系统研究了不同含量WC(WC质量分数为10%～60%)对激光熔覆Fe Co Ni Cr高熵合金涂层组织结构以及耐磨性、耐蚀性的影响规律。添加10%～60%WC颗粒制备的高熵合金复合涂层的成形质量均较好，未出现裂纹等缺陷。随着添加WC颗粒的质量分数由10%增加到60%，涂层由FCC单相结构向FCC、WC、W₂C和Co₄W₂C等多相转变，显微组织由顶部等轴晶、底部柱状晶向树枝晶转变，块状和鱼骨状含碳相析出且其含量逐渐增加；添加60%WC颗粒后含碳析出相的面积占比可达64.18%。涂层横截面的平均显微硬度和耐磨性随着WC添加量的增加而显著提升，添加60%WC的高熵合金涂层的显微硬度最高(为501 HV0.2)且耐磨性最佳(摩擦因数为0.472)，相对于未添加WC颗粒的高熵合金涂层的显微硬度(175 HV0.2)提升了约186%且耐磨性提高了233%。另外，随着WC颗粒的加入，具有较高耐蚀的面心立方相减少，同时WC在电化学过程中与黏结相形成了原电池。因此，高熵合金复合涂层...     

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。     

镍基合金表面激光熔覆MoSiNi-SiC复合涂层的组织与性能

利用激光熔覆技术在镍基合金表面制备了SiC增韧增强的硅化钼复合涂层，研究SiC含量对涂层的裂纹与气孔的形成、组织结构特征、物相组成及硬度、高温摩擦磨损和高温抗氧化性能的影响。结果表明，随着混合粉末中SiC含量的增加，涂层的显微硬度值逐渐增大，高温摩擦磨损性能和高温氧化性能增强，但过高的SiC加入量会使熔覆层的气孔和裂纹倾向明显增大。在SiC含量最高为15%时，涂层无明显成形缺陷，熔覆层组织主要由γ-Ni、Mo₂Ni₃Si、MoSi₂及SiC等相组成，显微硬度值可达814 HV,是基体的5.4倍。     

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。     

真空环境对激光熔覆涂层组织性能的影响

为提高传统激光熔覆涂层中的组织性能和整体质量,采用真空环境制备涂层。在45钢表面制备304L+La₂O₃涂层,分析研究了熔覆层的宏观外貌、显微组织、物相组成、显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明,真空环境可隔绝氧气,防止宏观外貌发生氧化;真空环境可以增加熔池的流动性,改善组织的致密性;真空下的熔覆层硬度平均为797.9 HV,比无真空环境提高了13.4%,摩擦因数和磨损量分别降低了8.6%和16.9%,耐磨损性能增加。     

Nb对车用不锈钢表面FeCoNi熔覆层组织及耐磨性的影响

为提升车用304不锈钢表面硬度及耐磨性,利用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备FeCoNiNb等原子比中熵合金熔覆层。利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计及往复摩擦磨损试验机,分别对FeCoNiNb熔覆层和FeCoNi熔覆层的微观组织、元素分布、相组成、显微硬度及耐磨性进行研究。结果表明,FeCoNi熔覆层相组成为FCC固溶体结构,由枝晶、枝晶间组织组成。而FeCoNiNb熔覆层不仅存在FCC结构,而且在枝晶间区域生成富含Nb元素的Laves相。生成的Laves相显著提高了熔覆层的显微硬度,FeCoNiNb熔覆层的显微硬度为733 HV±10.4 HV,约为FeCoNi熔覆层的3.5倍。FeCoNiNb熔覆层的平均摩擦系数约为0.427,磨损率为2.45×10^-6×10^-6 mm³·N^-1·m^-1,约为FeCoNi熔覆层的0.37倍。磨损机理为磨粒磨损。综上,FeCoNiNb中熵合金熔覆层可显著提升车用304不锈钢的显微硬度及耐磨性。