铝合金Nd∶YAG脉冲激光SiC复合化涂层组织特征

鉴于铝合金的广泛应用价值及其因质软而在应用方面受到的限制 ,应用激光材料表面复合化方法对铝合金材料表面进行强化处理 ,具体为利用Nd∶YAG脉冲激光采用纳米级和微米级SiC粉对铝合金表面进行复合化处理。通过对实验结果观察和分析表明 ,纳米级SiC粉形成激光铝合金表面复合化涂层比微米级SiC粉所形成复合化涂层组织均匀、致密、缺陷少、涂层与基材间结合状态好并显著提高了铝合金表面的显微硬度。分析原因在于微米级SiC粉在激光熔池内发生沉降 ,而纳米级SiC粉可在激光熔池内形成较均匀分布 ,这是重力作用受粉颗粒大小影响显著的结果。从而可以看出 ,SiC颗粒形状、大小及其在涂层中的分布状态直接影响涂层组织特征、涂层与基材间的结合状态 ;把形状规则、颗粒细小、在涂层中能够形成均匀分布的SiC粉作为涂层复合物有利于形成组织特征均匀、缺陷少、与基材结合状态好的复合涂层。     

SiC颗粒尺寸对TiNi基熔覆层组织与性能的影响

采用激光熔覆技术在TC21钛合金表面熔覆了含有SiC颗粒的复合涂层,研究了SiC颗粒尺寸对熔覆层物相组成、微观组织、硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明,熔覆层中的主要物相为Ti2Ni、TiNi、Ti5Si3和TiC;TiC颗粒起到细化晶粒的作用;添加微米SiC颗粒后的熔覆层表面硬度和耐磨性分别为基体的2.1倍和2.082倍,而添加纳米SiC颗粒后的熔覆层表面硬度和耐磨性分别为基体的2.4倍和1.475倍。     

ZL102合金表面激光熔覆Al-Si+Al2O3复合涂层的组织和磨损性能

采用5 kW横流CO2激光器，在ZL102合金表面熔覆Al2O3颗粒增强的Al-Si合金复合涂层，探索了激光熔覆工艺参数对涂层质量的影响，分析了涂层的微观组织，测试了涂层的硬度和磨损性能。结果表明，在优化工艺参数下可以获得连续均匀、无气孔和裂纹的涂层，涂层的组织是在α固溶体和α固溶体+Si共晶的基体上均匀地分布着Al2O3颗粒，Al2O3颗粒尺寸在10～20 μm之间，与涂层基体结合紧密。涂层与基材之间呈典型的外延生长界面，形成了良好的冶金结合。涂层的硬度在Hv190～260之间，比基材提高了约2倍，涂层的耐磨性能比基材提高了约4倍。     

复合涂层激光熔池温度场及流场的数值模拟

建立了复合涂层激光熔池三维准稳态流场及温度场的数值模型,计算出熔池温度分布和速度分布及几何形状。分析了激光功率对熔池温度场、流场及形状的影响。计算结果表明,对于厚度为0.08mm的Ti-Al(30%)复合涂层系统,功率为750W时,复合涂层没有熔化,但Al基材产生熔化;功率为1400W时,在不同材料层内形成上下两个分离的熔池。复合涂层先熔化还是Al基材先熔化,依赖复合涂层厚度。激光重熔实验确认了分离熔池的存在,同时计算结果和实验结果基本吻合。     

纳米SiC含量对激光熔覆镍基合金组织性能影响

采用预置式,在45^#钢基体表面,铺设0.8 mm厚度的纳米SiC增强NiFeBSi复合合金粉末。利用3 kW横流CO₂激光,熔覆不同增强比例的复合涂层。利用X射线衍射（XRD）仪,扫描电镜（SEM）、显微硬度仪、摩擦磨损试验机分别对不同增强比例涂层进行微观组织、力学性能的分析及讨论。探究了纳米SiC含量对熔覆层组织性能的影响。研究结果表明,NiFeBSi+纳米SiC复合涂层具有与NiFeBSi合金涂层相似的组织形貌特征,在激光熔覆过程中纳米SiC颗粒的分解,致使γ（Fe,Ni）枝晶间上形成了多种碳化物。因此,显著提高了NiFeBSi合金涂层的硬度,并随着纳米SiC的掺入量增多,硬度提高显著。纳米SiC的加入显著地增强了熔覆层的耐磨性能,但随含量增加磨痕表面产生脆性变形和裂纹,其中NiFeBSi+w（SiC）=7%复合涂层的耐磨性能最好。     

钛合金表面激光重熔Al2O3-TiO2涂层的试验研究

采用等离子喷涂和激光重熔复合工艺在Ti-6Al-4V基体上分别制备了微米和纳米Al2O3-13wt.%TiO2涂层,通过光学金相显微分析(OM)、扫描电镜分析(SEM)、显微硬度试验等方法研究了激光重熔对涂层的组织及性能的影响。试验结果表明,激光重熔可消除涂层内部的孔隙和层状缺陷,获得表面平整、致密的重熔涂层,且涂层与基体形成了良好的冶金结合。激光重熔后,微米和纳米Al2O3-13wt.%TiO2涂层的平均硬度值分别由喷涂态涂层的803 HV0.3和846 HV0.3提高至1 111 HV0.3和1451 HV0.3。     

强碳化物形成元素在激光原位合成颗粒增强涂层中的作用

不同的强碳化物形成元素对激光制备原位合成颗粒增强复合涂层具有不同的作用。向激光合金化或激光熔覆形成的高碳当量熔池中添加能与碳形成间隙相的某些强碳化物形成元素，有利于获得与基材冶金结合的、具有原位合成特征的复合碳化物颗粒增强的高耐磨复合涂层，并且它们对于增强颗粒的形核与生长发挥着各自不同的作用，其中Ti是最重要的形核元素。最终确定了强碳化物形成元素(Ti+Zr+Mo+WC)复合添加的优化方案。采用优化方案在钢和铸铁表面制备出激光原位合成颗粒增强复合涂层。这种涂层在工业生产中表现出优异的摩擦学特性，而这种技术思路在镍基表面也得到了实现。     

原位生成NbC颗粒增强镍基激光熔覆层

激光熔覆技术是金属材料表面强化和改性的有效方法之一。利用该技术,在A3钢表面激光熔覆预置涂层,成功制备出了原位生成NbC颗粒增强的镍基复合涂层,并进行了硬度、摩擦性能测试,X射线衍射(XRD)和显微组织分析。扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射分析结果表明,原位生成NbC颗粒增强的镍基复合涂层与基材呈现良好的冶金结合,熔覆层的组织为先共晶析出的树枝晶(Cr,Fe碳化物相)和原位生成的NbC颗粒相均匀分布在γ(Ni Fe)基体中。硬度测试和摩擦磨损实验表明,激光熔覆原位生成NbC颗粒增强镍基复合涂层平均硬度高达HV0.31200,耐磨性是纯Ni60激光熔覆层的2.5倍。分析认为,其硬度和耐磨性提高的原因在于涂层中形成了大量的、原位生长的NbC颗粒增强相,且均匀分布于基体中。     

Y2O3作助烧剂的Al2O3/SiCp陶瓷断裂行为的SEM研究

纳米复相陶瓷被认为是二十世纪最有发展前途的陶瓷材料之一。在陶瓷基体中弥散亚微米级的第二相颗粒,可使材料的机械性能大幅提高。显微观察发现了区别于微米级复合陶瓷的“内晶型”粒子的存在,这意味着纳米复合陶瓷性能的改善与其特殊的微观结构是密切相关的。其中Al2O3/SiCp是研究最多的系统,但由于弥散相SiC为共价键,很难烧结,因而Al2O3/SiCp纳米复相陶瓷一般用热压烧结[1—5]。但由于热压烧结成本昂贵,制品形状简单,极大地限制了其实用性。本文利用非均匀成核法,将Y(OH)3包覆到纳米SiC的粒子表面制备出Al2O3-SiC复合粉,等静压成…     

宽带激光熔覆铁基非晶涂层的微观组织及形成机制

采用宽带激光熔覆技术,在304L不锈钢表面制备了Fe-Cr-Si-P非晶涂层,分析了涂层的组织结构及形成机制,建立了激光熔覆物理和数学模型,得到了熔池沿深度方向的温度梯度及冷却速率的变化规律。结果表明,涂层微观组织的界面区是平面晶和外延生长树枝晶,中部区域为非晶区,表面为梅花状树枝晶区。凝固过程中,从熔池底部到表面的温度梯度逐渐减小,冷却速率逐渐增大。结合凝固理论,建立了涂层组织特征与形状控制因子及冷却速率的关系模型。