铸铁表面激光熔覆铁基合金涂层的组织性能研究

为解决铸铁表面熔覆铁基合金熔覆层耐腐蚀性能不足,限制其应用场合的问题。采用大功率半导体光纤耦合激光器在灰铸铁平板上制备四种镍含量不同的铁基合金粉末熔覆层,利用光学显微镜、数显维氏硬度计,WTM 2E微型摩擦磨损试验仪及盐雾腐蚀箱等仪器对熔覆层金相显微组织、硬度、耐磨损和耐腐蚀性能进行检测。结果表明,四种铁基合金粉末熔覆层晶粒尺寸依次增大,晶粒数目减小,熔覆层硬度及耐磨性能降低,耐腐蚀性能提高。C铁基合金粉末熔覆层平均硬度550 HV0.3,相对于基材提高了3倍以上,耐磨性相对于基材提高了4倍,48 h腐蚀试验,较铁基合金熔覆层耐腐蚀性能显著增强,综合性能满足更多实际需求。本研究降低了铸铁件的修复成本,拓展了铁基合金修复铸铁件的应用范围,对工程实践具有重要指导意义。     

宽带激光熔覆铁基涂层工艺参数及性能研究北大核心CSCD

27SiMn钢液压支架在恶劣的工作条件下长期使用后,其表面容易形成腐蚀,磨损和疲劳损坏等缺陷。为提升其使用寿命,本文利用宽带激光熔覆技术在27SiMn钢表面进行制备铁基涂层的实验研究。基于控制变量的方法来依次调整激光功率、送粉速度、载气流量及扫描速度开展单道单因素熔覆试验,并以表面粗糙度为熔覆层质量评价指标初选工艺参数。基于单因素试验进一步开展4因素3水平正交试验,终选显微硬度为熔覆层质量评价指标。利用极差分析考察数据发现扫描速度对熔覆层显微硬度影响最大,其后依次为激光功率、载气流量和送粉速度,最优工艺参数为熔覆处在激光焦点位置且激光功率、送粉速度、在其流量和扫描速度分别为4000 W、2.50 rpm、6.9 L/min和600 rpm。同时对熔覆层进行了摩擦磨损试验,分析了摩擦因素、磨损率及磨损形貌,验证了工艺参数优化的可行性。最终,熔覆层平均硬度较基体提升2.2倍,磨损率较基体提升27%。工艺参数优化能够实现铁基合金粉末熔覆层表面硬度及耐磨性的显著提升,对熔覆修复27SiMn液压支架大有帮助。     

45钢表面激光熔覆316不锈钢涂层的工艺参数对熔覆层车削性能的影响

以液压立柱材料45钢为基体,316不锈钢粉末为熔覆材料,采用不同的工艺参数在基材表面进行激光熔覆试验,制备316不锈钢涂层;然后利用FANUC数控机床对不锈钢涂层进行车削加工,采用数字化测试技术对车削成形试样熔覆层的表面宏观形貌、切屑形态、表面粗糙度、圆柱度、洛氏硬度、显微组织等进行研究,综合分析45钢表面激光熔覆316不锈钢涂层的车削加工性能,优选出最佳的激光熔覆工艺参数.在激光功率为800 W、送粉速率为0.28 g/s、轴向进给速度为0.110 mm/s的最佳熔覆工艺参数下,熔覆层的表面宏观形貌和切屑形态最佳,车削后熔覆层的表面粗糙度最小,圆柱度最高,且熔覆层的硬度值可达到40.3 HRC,内部显微组织呈细化趋势.45钢表面激光熔覆316不锈钢涂层耦合车削加工技术为液压立柱材料45钢的高质量修复和再利用提供了重要的参考价值.     

高速激光熔覆和重熔复合技术制备铁基涂层的组织性能研究

高速激光熔覆能大大提高熔覆效率,但高速激光熔覆层表面容易出现表面粗糙缺陷.采用高速激光熔覆和激光重熔混合工艺,可达到改善熔覆层表面质量、有效提升涂层性能的目的 .在液压立柱材料27SiMn表面激光熔覆制备了Fe90不锈钢涂层,利用超景深显微镜、X射线多晶衍射仪分别对熔覆层的表面形貌、微观组织结构、元素分布和物相构成进行了分析,通过硬度试验、耐磨损试验和电化学腐蚀试验对涂层的性能进行了验证.试验结果表明:涂层激光重熔后相比于重熔前表面粗糙度降低了8.5％,涂层内部的微观组织更加细密均匀,没有相的消失和新相的出现,只是相的含量增加.在性能方面,重熔之后的硬度提高为基体的2.6倍,磨损失重降低95％.采用激光重熔技术不仅改善了熔覆层表面质量,而且有效提升了涂层性能.     

碳纳米管对Ni60激光熔覆层的耐蚀性影响

利用自动送粉激光熔覆技术,在A3钢表面进行了Ni60合金添加碳纳米管的激光熔覆实验,采用静态浸泡法对相同工艺条件下获得的纯Ni60熔覆层和碳纳米管/镍基熔覆层的耐腐蚀性进行研究,在光学显微镜下观察样品表面腐蚀形貌,并对碳纳米管/镍基熔覆层的腐蚀机理进行了分析.结果表明:当碳纳米管的含量为0.3 wt%时,碳纳米管/镍基激光熔覆层的耐腐蚀性能最好,与纯Ni60激光熔覆层相比,耐腐蚀性提高1倍多.碳纳米管/镍基激光熔覆层耐腐蚀的原因在于熔覆层保留的碳纳米管使熔覆层更加致密,隔离了腐蚀介质,促进了镍基合金的钝化,从而提高了熔覆层的耐蚀性;同时,熔覆层中保留下来的碳纳米管和被分解的碳纳米管与金属基体形成碳化物,作为增强相均匀弥散在熔覆层中,它们的存在阻止了腐蚀坑的长大,因而蚀坑较小,耐腐蚀性得到提高.     

激光熔覆Ni35+11%wc熔覆层的组织及耐腐蚀研究

镍基合金熔覆层的耐腐蚀、耐磨性、硬度,是45钢零件表面技术改性的理想熔覆层。为节约45钢的成本,增加45钢零件使用寿命,研究了激光熔覆Ni35+11%wc熔覆层的组织及耐腐蚀性。采用Xrd、维氏硬度计,磨损实验,电化学腐蚀方式研究熔覆层的组织和性能。结果表明:熔覆层的主相为Fe2Ni7Si20、NiSi,与基体冶金结合良好。熔覆层的硬度值均在730 HV左右,自腐蚀电位是-0.833 V,自腐蚀电流密度是 0.981 A/m2,熔覆层tafel曲线正向偏移耐腐蚀性有所提高,熔覆层的磨擦系数低于基体。     

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...     

机器人光纤激光45#钢面铁基粉末熔覆工艺研究

用机器人光纤激光系统, 在45#钢表面作Fe316L铁基粉末激光单道和多道的同轴同步送粉熔覆, 以提高材料表面的硬度及耐磨性能。用金相显微镜对熔覆层剖面分析测量, 用维式硬度计对基材和熔覆层显微硬度测量结果表明: 用光纤激光同轴同步的复合送粉嘴做单道激光熔覆时, 选700～950 W的激光功率及60%的搭接率, 能获得合适的稀释率(35%～55%)和熔覆层厚度(1.25～1.70 mm); 有效的消除了搭接处微裂纹和气孔等组织缺陷; 试样熔覆层显微硬度显著高于基材硬度, 达二倍以上。     

扫描速率对激光熔覆层组织及耐蚀性的影响

为了研究激光扫描速率对镍基熔覆层组织及耐蚀性能的影响,采用喷涂预置涂层与不同扫描速率下激光重熔工艺在Q235低碳钢表面制备了镍基合金熔覆层,利用光学显微镜与扫描电镜对熔覆层表面宏观形貌和微观组织形貌进行了观察,利用显微硬度计和电化学腐蚀法对熔覆层显微硬度与耐蚀性进行了测定与分析.结果表明,其它条件不变,随着激光扫描速率...     

激光熔覆铁基合金粉末单道形貌及性能研究

为探究在45钢表面熔覆铁基合金粉末过程中,激光功率、扫描速度和送粉速率对熔覆层性能的影响规律,采用正交试验方案进行激光熔覆的单道成形试验。以熔覆层的宽高比、稀释率和硬度作为判断熔覆层性能质量的评价指标,通过极差分析判断各熔覆工艺参数的影响大小,再基于多目标优化算法得出最佳的单道熔覆工艺参数组合。试验结果表明：在一定工艺参数范围内,送粉速率是影响熔覆层硬度的主要因素,激光功率次之;扫描速度是影响熔覆层高度、宽度的主要因素;送粉速率是影响稀释率的主要因素。获得了最佳工艺参数组合,即激光功率2 056 W,扫描速度8.75 mm/s,送粉速率2.198 g/min,为45钢激光熔覆铁基粉末的工艺参数选择提供依据。     

激光熔覆技术应用于轴类零件表面修复的实验研究

本文通过两种铁基合金粉末对45号钢调质态棒料,用宽带(矩形光斑)激光光束,以不同的工艺参数,按同步供料法分别进行激光熔覆修复实验;并对实验结果进行分析比较,选出最佳工艺参数及熔覆层数;研究熔覆层和基材的冶金结合程度;分析在一定送粉率下,激光熔覆工艺参数的改变,熔覆层质量和显微组织变化情况;使之为工业应用奠定基础.     

激光功率对27SiMn钢激光熔覆力学性能的影响

为了获知激光功率对激光熔覆修复立柱用钢的影响规律,并找出熔覆层力学性能最优时的激光功率参数,采用单因素变量法,保持扫描速度20 mm/s、送粉量18 g/min、离焦量0和光斑直径2 mm不变,分别研究了激光功率为1500,1800,2100,2400 W时熔覆层的显微组织、拉伸性能及其断口形貌。结果表明：当激光功率为1800 W时,在立柱用钢表面上制备的FeCrNiSi合金涂层的热影响区深度最小值约为360μm;涂层显微组织主体由均匀的胞状晶和柱状晶组成;涂层的延伸率在熔覆试件中最高,约为5.3%;拉伸试件涂层断口呈韧性特征,涂层的塑性在熔覆试件中最强。综合考虑激光功率对27SiMn钢激光熔覆涂层的截面形貌、显微组织、力学行为特征以及断口形貌的影响,得出1800 W是最佳激光熔覆功率,在此功率下可制备出结合紧密且塑性较好熔覆涂层。     

基于BP神经网络的激光熔覆参数多目标优化

为了获得TiC铁基合金粉末在316L不锈钢上的激光熔覆最佳工艺参数，提出了一种基于遗传算法优化的反向传播(BP)神经网络的激光熔覆参数优化方法。设计三因素五水平的全因子试验，测量了熔覆层的宏观形貌和平均硬度，建立输入参数(激光功率、扫描速度、保护气流量)和响应量(熔覆层宽度、熔覆层高度、稀释率、显微硬度)的神经网络模型。以多元非线性回归分析工艺参数对响应量的影响，并以综合灰关联度表征熔覆层的综合性能，寻优得到最佳参数。试验结果表明，激光功率和扫描速度对熔覆层宽度、稀释率和显微硬度的影响明显，而保护气流量对熔覆层高度影响最显著，遗传算法优化的BP神经网络模型各响应量模型的拟合优度均达到0.85～0.91之间，GA-BP模型精度良好，当参数为1090 W，扫描速度为4.4 mm/s，保护气流量为10 L·min^-1，综合性能最佳，表明BP神经网络算法适用于激光熔覆层质量控制和参数优化。     

核阀密封面激光熔覆层稀释率控制研究

采用5KW横流CO2激光器对1Cr18Ni9Ti核阀密封面进行了Co基合金激光熔覆处理，测定了激光熔覆层的受基体成分稀释的稀释率，并将其微观组织形貌、稀释率与等离子喷焊处理的同种试件进行了对比分析，结果表明：在保证与基体良好冶金结构的条件下，激光熔覆层的稀释率远小于等离子喷焊层，激光熔覆层还具有组织细密、晶粒度高和硬度高的特点，进而分析探讨了对激光熔覆层的稀释率控制。     

激光重熔功率对镍基自润滑涂层组织与性能的影响

为研究重熔功率对Inconel 718镍基自润滑涂层组织与性能的影响规律，采用激光熔覆技术在27SiMn钢板材上制备Inconel 718熔覆涂层，选用三种不同的激光功率二次重熔熔覆试样。使用超景深显微镜观察熔覆层表面形貌及金相组织，使用显微硬度计检测熔覆层的显微硬度，使用销-盘式摩擦磨损试验机检验及评价熔覆层的摩擦磨损性能。结果表明，激光重熔后熔覆层的晶粒得到明显的细化，随着重熔功率的增加，熔覆层晶粒尺寸先减小后增大，重熔功率为1 260 W时，熔覆层顶部晶粒尺寸最均匀细小；重熔后熔覆层的硬度均有较大提高，相较未重熔试件硬度最高可提升22%;从磨损形貌来看，试样的磨损机理主要为磨粒磨损，经重熔后试样的摩擦系数及磨损失重均得到了明显的降低。分析摩擦磨损试验数据可知，重熔功率在1 260 W时，试件的耐磨性能最好。     

激光熔覆层结晶方向对覆层裂纹方向和开裂敏感性的影响

通过调整激光熔覆铁基合金粉末的成分，发现熔覆层裂纹方向和开裂敏感性将随其成分的变化而变化。具体表现为：随着熔覆铁基合金粉末中Ｎｉ含量的增加，裂纹方向与激光扫描方向的夹角减小，直至裂纹消失。其原因是随Ｎｉ含量的变化，覆层搭接区结晶方向发生了改变。由此提出了通过控制结晶方向来达到减少熔覆层开裂敏感性的方法。     

激光熔覆WC颗粒增强Ni基合金组织性能的研究

在H13钢表面进行了激光熔覆Ni基合金+WC粉末实验,测试了熔覆层的组织和性能。实验表明激光熔覆可以得到组织致密,晶粒细化,稀释率低,与基体结合牢固的表面强化层。熔覆层的平均硬度为630 HV0.2,耐磨损性能比基体提高145%。H13钢是常用热作模具钢之一,由于工作条件恶劣,经常发生磨损失效,经激光熔覆强化后,其使用寿命将大大提高。     

TiO2对铁基合金激光熔覆层组织和性能的影响

在 4 5 #钢基底上进行了铁基合金和铁基合金加TiO2 的激光熔覆对比实验。采用渗透法观察熔覆层表面裂纹 ,利用金相显微镜和扫描电镜观察熔覆层横断面的显微组织 ,使用X射线衍射仪对熔覆层进行物相分析 ,并测试了熔覆层横断面的硬度分布和熔覆层的摩擦磨损性能。结果表明 ,在一定的工艺条件下 ,添加适量的TiO2 ,可以获得成形良好、无裂纹、组织致密均匀、耐磨性好的高质量铁基激光熔覆层。适量的TiO2 可使涂层共晶体数目增多且分布均匀 ,组织细化 ,裂纹消失 ,在降低涂层裂纹敏感性的同时仍保持涂层的硬度和耐磨性不降低。TiO2 对铁基熔覆层性能改善的原因是 :适量TiO2 的加入 ,在涂层中可形成Cr13Fe35Ni13Ti7金属间化合物 ,熔覆层组织由亚共晶组织转变为性能较好的伪共晶组织 ,且由于高熔点的Ti硼化物的析出 ,提高了形核率 ,使组织颗粒细化、均匀。     

激光熔覆工艺参数对Fe W B熔覆层质量的影响

采用激光熔覆技术在65Mn钢表面熔覆FeW B三元硼化物熔覆层。通过单道熔覆与单层多道熔覆实验,探究激光功率、扫描速度、送粉速率、搭接率对熔覆层质量的影响,获得优化激光工艺参数组合。并通过光学显微镜、X射线衍射仪和维氏硬度计对熔覆层进行分析。结果表明:工艺参数对熔池高度与熔池宽度的影响程度由小到大排列为:送粉速率、扫描速度、激光功率,对维氏硬度的影响程度由小到大排列为:扫描速度、送粉速率、激光功率。获得的最优工艺参数组合为:激光功率800W,扫描速度3mm/s,送粉速率4 g/min,搭接率50。此时熔覆层的维氏硬度均值为7579 HV,是基材的35倍。熔覆层与基材冶金结合良好,其微观组织由枝状晶、胞状晶和柱状晶组成。     

MgO对镍基碳化钨金属陶瓷激光熔覆层组织和耐磨性的影响

采用G112+镍包碳化钨复合合金粉末在45＃钢基材表面进行激光熔覆。对比研究了添加不同含量MgO在不同激光功率条件下对激光熔覆层的宏观形貌、显微组织、硬度分布及摩擦学性能的影响。实验表明:适量MgO的加入能使镍基碳化钨金属陶瓷熔覆层中的裂纹大为减少甚至消失,熔覆层组织得到细化。在同样的摩擦条件下,掺入0.15％MgO的激光熔覆层的摩擦系数与未掺入MgO的摩擦系数相比,随时间的变化量很小。MgO添加剂具有减摩抗磨作用。