汽车用钢表面激光熔覆AlCoCrFeNi高熵合金涂层组织及耐磨性研究

为提升汽车用316不锈钢的耐磨性及硬度,在316不锈钢表面采用激光熔覆技术制备AlCoCrFeNi共晶高熵合金熔覆层。采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射分析技术(EBSD)、显微硬度计、往复式摩擦磨损试验机分别对共晶高熵合金熔覆层的微观组织、相组成、晶体学特征、表面显微硬度、耐磨性及磨损机理进行分析。具体结论如下：AlCoCrFeNi共晶高熵合金涂层的相组成为FCC相和BCC相。EBSD结果表明涂层的晶粒尺寸约为15.34μm,涂层内部具有较高的位错密度。涂层的表面显微硬度为311 HV±10.2 HV,约为316不锈钢基体的1.7倍。强化机制为固溶强化和位错强化。涂层的摩擦系数约为0.422,比磨损率为4.52×10^-5 mm³/(N·m),均明显优于316不锈钢基体。磨损机理主要为磨粒磨损,并伴有轻微的黏着磨损。     

Mn13Cr2表面激光熔覆Ni60A/WC涂层研究

采用同轴送粉法,通过YLS-4000多模光纤激光器以不同功率在高锰钢表面激光熔覆Ni/WC陶瓷复合涂层,通过光学显微镜、显微硬度计,对涂层的组织形貌、显微硬度进行了分析研究,做了室温干摩擦磨损试验并分析研究了涂层的耐磨性能。结果表明,Ni/WC层组织沿深度方向依次出现细小的胞状晶、树枝晶、柱状树枝晶和薄的平面晶,在1600 W、1900 W、2200 W的激光功率下对应的Ni/WC层的平均显微硬度分别为980.7 HV0.1、901.0 HV0.1、809.4 HV0.1,分别为基材平均显微硬度的2.8、2.5、2.3倍。在相同摩擦磨损试验条件下,基体的磨损量是激光功率为1600 W条件下的熔覆层的10.4倍,在激光功率为1600 W时,通过激光熔覆获得了组织致密均匀、硬度高和具有良好耐磨性的涂层。     

TC4合金激光熔覆WC-12Co涂层

利用扫描电镜和能谱仪对TC4合金表面激光熔覆WC-12Co熔覆区的组织和成分进行了研究。结果表明,熔覆层组织为多边形的大颗粒WC和其间分布的细小的树枝晶。TC4合金表面激光熔覆WC-12Co可以实现涂层与基体之间良好的冶金结合,激光熔覆层的最高硬度达1200HV。     

纯铜表面激光熔覆TiB2/Cu涂层的组织及导电性能

为了满足电磁导轨的使用要求,采用激光熔覆技术在纯铜表面通过预置粉的方式制备了不同成分TiB2/Cu涂层,用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射分析了涂层的微观结构及相组成。涂层由Cu和TiB2两相组成,当TiB2的质量分数分别为0.02,0.05和0.1时,涂层的显微硬度分别约为95HV0.1,105HV0.1和152HV0.1,电导率为22.9MS/m,20.4MS/m和16.4MS/m。涂层与基体呈良好冶金结合,无裂纹在,TiB2颗粒存在团聚现象,熔覆层组织为外延生长的柱状晶。结果表明,随着TiB2的含量增大,涂层显微硬度升高,涂层的电导率下降。     

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...     

40Cr刀具钢表面激光熔覆钴基碳化物复合涂层的组织与性能

以WC、Ti C、Co和Co50合金粉末为原料,通过设计不同的成分配比,在40Cr刀具钢表面激光熔覆了WC/Co、WC/Co50和WC-Ti C/Co50钴基碳化物复合涂层。借助XRD、OM、SEM和EDS等表征手段分析了粉末成分配比和激光熔覆工艺参数对刀具表面复合涂层物相结构、宏观形貌和微观组织的影响。结果表明,当激光功率为4.2 k W,扫描速度为350 mm/min时,制备的WC/Co50和WC-Ti C/Co50复合涂层表面形貌良好,平整连续且无宏观裂纹。硬度测试和摩擦磨损试验表明,复合涂层具有高的硬度和良好的耐磨性,最高显微硬度达到1211 HV0.2,最低磨损失重2.1 mg,分别为基材的3.03倍和34.4%。熔覆层中大量存在的WC、Ti C以及原位自生的W2C、Fe3W3C等碳化物增强相对提高复合涂层的硬度和耐磨性起到了主要作用。     

工艺参数对20CrMnTi基激光熔覆Ni60A-TiC涂层组织及耐磨性能的影响

为延长平模的使用寿命，采用激光熔覆技术在20CrMnTi钢表面制备Ni60A-TiC复合涂层。以稀释率和显微硬度为指标，设计三因素三水平正交试验，得出影响熔覆层质量的因素按重要性由大到小排序依次是送粉速率、扫描速度和激光功率。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、三维形貌仪以及X射线光电子能谱仪(XPS)综合分析了涂层的组织、元素分布和耐磨性能。结果表明：最佳工艺参数组合为激光功率1.4 kW，扫描速度7 mm/s，送粉速率21 g/min；在此工艺参数下制备的涂层的磨损形式主要为磨粒磨损，涂层的显微硬度为1252 HV，磨损率为1.5×10^-5 mm³/(N·m)，表面粗糙度为1.50μm，相比于20CrMnTi基体磨损深度降低了82.1%，复合涂层的耐磨性显著提高。本研究在延长平模使用寿命方面具有较高的参考价值。     

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。     

低碳钢表面激光熔覆纳米TiAl合金涂层的显微组织

本文研究了在低碳钢表面激光熔覆纳米TiAl合金涂层的显微组织,以探索纳米材料在表面工程领域中的应用。研究结果表明低碳钢表面激光熔覆纳米TiAl合金涂层熔区组织仍为钢基组织,但熔区的晶粒大小仅为0 .8μm～1.2 μm ,比不用纳米TiAl合金的熔区晶粒约小一个数量级;在熔区的最表层形成了一新的致密的薄层组织(约为1μm)。低碳钢表面激光熔覆纳米TiAl合金涂层中形成细小的晶粒组织和致密的氧化物可以显著地提高其力学性能(硬度)和耐腐蚀性能。     

激光熔覆Ni/WC复合涂层的组织和性能

采用激光熔覆方法在A3钢基体上制备Ni/WC复合涂层 ,研究了不同激光功率下复合涂层中WC颗粒的形貌与分布及其对涂层耐磨性能的影响。结果表明 ,在Ni/WC复合涂层中 ,合理的激光功率使WC颗粒部分熔化 ,并在颗粒周围重新凝固并析出针状碳化物 ,这既有利于提高涂层的硬度又能使未熔化的WC颗粒与涂层基体合金牢固结合。     

激光重熔对Ni/WC涂层组织结构的改善机制研究

为了进一步探讨激光重熔等离子喷涂金属陶瓷涂层的组织与性能。本文通过等离子喷涂设备在45钢表面上制备了Ni/WC金属陶瓷涂层,再进行激光重熔处理,然后利用SEM、XRD、Photoshop软件及显微硬度测试仪等分析测试手段研究了该涂层在激光重熔前后的组织性能变化。结果表明:激光重熔前涂层为典型的层状结构,基体与涂层的结合面为机械结合,涂层内有大量未熔WC颗粒,且XRD检测其高温作用使得喷涂颗粒发生分解,分解出的C元素与其他元素发生反应生成新的化合物,丰富了涂层的硬质相;激光重熔后涂层中颗粒细化,分布均匀且能消除涂层中大部分孔隙和WC团聚。WC再次发生分解,生成新的硬质相,与周围的Ni形成“软基相+硬质点”的组合分布,基体与涂层的结合方式由机械结合转变为冶金结合。孔隙率由7.02%降到了3.08%,显微硬度也相应提高,且涂层显微硬度比基体高了255HV。     

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%。     

碳纳米管含量对激光熔覆镍基复合涂层组织与性能的影响

针对Ni60A/WC复合涂层硬质相分布不均、减摩性能不足等问题,利用碳纳米管（CNTs）的高熔点和优良的自润滑性能,采用激光熔覆技术在45钢基体表面制备了添加不同含量CNTs的镍基耐磨涂层。通过扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪（XRD）分析了涂层的显微组织、元素组成和相组成。通过显微硬度计和摩擦磨损试验机测试了涂层的硬度和耐磨性能。XRD图谱表明:熔覆层主要由Ni-Cr-Fe固溶体和WC、W₂C、Cr₃C₂、Cr₇C₃、Cr₂₃C₆、B₄C等硬质相组成。显微组织结果表明:CNTs的添加促进了异质形核,有利于硬质相均匀分布,明显细化了熔覆层的显微组织。由于CNTs具有细化晶粒以及提升自润滑性能的作用,适量添加CNTs可提升熔覆层的显微硬度和耐磨性能。当CNTs的质量分数为0.5%时,熔覆层的显微硬度为1100 HV,摩擦系数为0.3,磨损体积为1.24×10^-4 mm³     

Ni-Al掺杂WC粉末激光燃烧合成复合材料组织性能研究

采用高能束激光诱发自蔓延原位自生反应合成金属陶瓷颗粒增强复合材料的方法,通过对掺杂不同含量WC粉末的Ni-Al粉末压坯进行激光点燃自蔓延烧结,制备硬质颗粒增强NiAl基复合材料。得到了烧结合金的XRD、OM、显微硬度、摩擦磨损测试等结果。结果表明:未添加WC粉末时,烧结合金物相有Ni3Al,NiAl,Al2O3相,当加入WC时,新添了WC以及Ni4W和WO3相;加入WC后组织晶粒更加均匀、细化,呈细小的胞状;当WC粉末质量分数为1%时,相对密度最大为6.864g/cm3,孔隙率最低为0.189%;WC的添加能增加材料的力学性能,且当添加量为1%时,硬度最高为687.3HV,其磨损率最低为0.309mg/mm2。     

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。     

激光熔覆Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金涂层的微观结构及性能

采用激光熔覆工艺在40Cr钢表面制备了Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金涂层,利用带有能谱的扫描电子显微镜（SEM/EDS）、显微/维氏硬度计、摩擦磨损试验机、电化学工作站等对Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金微观结构进行分析并测试其硬度、耐磨性能、耐蚀性能。结果表明:Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金试样主要由涂层、热影响区及基体组成,涂层无气孔、裂纹等缺陷,与基体呈冶金结合;涂层主要由两种形貌的片状组织组成,晶粒排列紧密,晶粒表面分布着细小的粒子;涂层出现元素偏析,但程度较小;细晶强化、固溶强化、析出强化的共同作用使得Fe0.5NiCoCrCuTi涂层具有高硬度,表面最高硬度为857 HV,约为基体40Cr钢的3.3倍,高硬度及细小尺度析出物为涂层的耐磨性提供了保证;Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金涂层在3.5% NaCl和0.5 mol/L H2SO4溶液中的耐蚀性能优异,与304不锈钢相比,自腐蚀电流密度降低两三个数量级,自腐蚀电位分别正移0.230、0.161 V。     

Q960E钢激光熔覆Ni基WC涂层组织及性能

为了增强Q960E钢的抗磨粒磨损性能,设计出了一种低裂纹敏感性的镍基碳化钨(WC)合金粉末。以气雾化法制备的WC和NiCuBSi球形粉末按照质量比3∶7混粉,通过预热和保温处理,在Q960E钢表面制备了无明显裂纹的Ni基WC耐磨涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散谱方法(EDS)、X射线衍射(XRD)、光学显微镜、维氏硬度计对熔覆层显微组织、元素分布、物相、磨损形貌、截面硬度进行分析,并对熔覆层和960E钢的耐磨性能进行了对比测试。涂层中WC和W_2C是主要的强化相,大颗粒的球形WC硬度大于1500 HV,提高熔覆层的耐磨性;而Ni和Cu是主要的黏结相,增强涂层的韧性。由于大颗粒的WC球有效阻碍了磨粒的压入和犁削,Ni-WC熔覆层的抗磨粒磨损性能达Q960E基材的6倍以上,能够有效提高Q960E钢的抗磨粒磨损性能。     

激光熔覆NiCoFeCrTi高熵合金涂层及其耐磨性能研究

为了提高45#钢的耐磨性能,采用CO2激光熔覆技术进行了NiCoFeCrTi高熵合金涂层的制备实验。采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪分别分析了高熵合金熔涂层的物相结构、显微组织和化学成分。结果表明,由于高熵效应,NiCoFeCrTi涂层具有简单的面心立方相结构;在NiCoFeCrTi高熵合金涂层的熔覆层和结合区中未发现微裂纹,说明高熵合金与45#钢基底的冶金结合较好;熔覆涂层的表面显微硬度远远高于基底,维氏硬度可以达到940HV,是基底的3倍;表面熔覆了NiCoFeCrTi高熵合金的45#钢样品的磨损体积损失为5.010-10m3/m,低于45#钢的8.110-10m3/m。激光熔覆技术制备的NiCoFeCrTi高熵合金涂层可以显著提高45#钢耐磨损性能,对涂层应用研究具有较大参考意义。     

钛合金表面激光熔覆（Ti＋Al/Ni）/（Cr2O3＋CeO2）复合涂层组织写耐磨性能

为改进钛合金(Ti6A14V)的耐磨性能,应用脉冲Nd:YAG激光器进行了钛合金表面熔覆(Ti Al/Ni) (Cr_2O_3 CeO_2)复合涂层实验,分析了熔覆层微观组织,测试了熔覆层显微硬度及其在大气环境室温下的摩擦磨损性能。结果表明,熔覆层组织是在细小树枝晶和共晶基体上散布着未熔Cr_2O_3颗粒和白亮球状液析Cr_2O_3,及生成的硬化TiAl陶瓷颗粒增强相。显微硬度明显提高,最高可达1150HV,平均是基材的3～4倍。熔覆层和基材实现良好冶金结合,白亮熔合区宽度为10～20μm。激光熔覆层干滑动摩损的摩擦系数在0．2～0．3之间,磨损率比Ti6A14V标样降低约4～5倍。     

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%。