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。     

激光熔覆原位自生TiB2的工艺研究

采用固体YAG脉冲激光对预置一定配比的Ti/B混合粉末涂层进行激光熔覆,在TC4钛合金表面原位合成TiB2陶瓷增强相.利用X射线衍射、金相显微观察以及显微硬度测试等手段,分别对熔覆样品的物相、组织形貌和显微硬度分布特征进行了研究.实验结果表明,激光功率为64W(其中电流140A,脉宽8～10ms,频率12~15Hz),扫描速度1.O～1.2mm/s,离焦量2mm时,可原位生成TiB2陶瓷涂层.金相观察结果表明,熔覆层与基体结合处为波形界面,形成了良好的冶金结合.显微硬度沿截面纵向呈梯度分布,熔覆层的硬度较基底平均提高了3～4倍.     

H13钢表面激光熔覆耐磨涂层正交化工艺研究

为了改善H13钢表面性能,采用激光熔覆方法,在H13钢表面制备了Co42高硬度涂层。对不同工艺下涂层的稀释率、粗糙度、表面形貌、显微组织及硬度分布等进行了测试分析。最佳工艺参量为离焦量20mm、扫描速率1.7mm/s、脉宽2.0ms、频率30Hz。此参量下制备的熔覆层厚度约为230m,显微组织为致密细小的枝晶结构,与基底形成了良好的冶金结合。自熔覆层至基底,显微硬度梯度下降。熔覆层内的平均显微硬度为650HV0.1,为基体硬度(240HV0.1)的2.7倍,显著提高了H13钢的表面性能。结果表明,工艺参量(离焦量、扫描速率、脉宽、频率)对涂层的稀释率、粗糙度和表面形貌等有很大影响。这一结果对推动搅拌摩擦焊技术的发展是有帮助的。     

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.     

扫描速度对激光熔覆NiAlBSi高温合金涂层组织和性能的影响

采用激光熔覆技术在45#钢表面制备NiAlBSi高温合金涂层。利用X射线衍射仪、扫描电镜、电子探针、显微硬度计、摩擦磨损试验机和热重分析仪,对不同激光扫描速度下合金涂层的相组成、微观组织、成分、显微硬度、耐磨性和高温抗氧化性进行了分析。研究结果表明,不同激光扫描速度下合金涂层皆是由树枝状NiAl金属间化合物构成。随着扫描速度的增加,由于树枝晶逐渐细化,合金涂层的硬度增加,但耐磨性能和抗高温氧化性则呈现出先增后降的变化趋势,在激光扫描速度为4 mm/s时,合金涂层具有最好的耐磨性能和抗高温氧化性能。     

20Cr13表面激光熔覆15-5PH涂层组织和性能研究

为改善20Cr13不锈钢零部件表面性能，利用激光熔覆技术在20Cr13不锈钢基材表面制备15-5PH合金涂层实现其表面强化。采用超景深显微镜、光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、显微硬度计及摩擦磨损试验机等，对利用信噪比分析获得的较优工艺参数下的15-5PH合金涂层的几何形貌、微观组织、物相、显微硬度及摩擦磨损性能等进行分析。结果表明：熔道的熔宽、熔高、熔深与激光比能之间成正比；15-5PH涂层与20Cr13不锈钢冶金结合良好，无裂纹、气孔等缺陷；涂层组织以等轴晶和柱状晶等组成，涂层中析出了颗粒状NbC、NiCx、ε-Cu等硬质相。显微硬度和摩擦磨损性能结果表明，涂层显微硬度约为基材的2.4倍，同时涂层耐磨性较基材有明显提升，其磨损形式为黏着磨损及磨粒磨损。     

20CrMo钢表面高速激光熔覆工艺参数优化

为了解决石油钻杆表面受交变载荷冲击导致的失效问题,同时获取更高质量的耐磨涂层,采用高速激光熔覆设备,以JG-3铁基合金作为熔覆粉末,在20CrMo钢表面制备合金涂层。以激光功率、扫描速度以及送粉速度为优化变量,涂层硬度以及耐磨性为表征变量,通过正交试验极差与方差分析获得最优参数组。结果表明,极差分析中,工艺参数对涂层显微硬度和磨损失重量的影响程度排序均为扫描速度>送粉速度>激光功率;方差分析中,显微硬度和磨损失重量的F值大小均为F_B>F_C>F_A,表明各因素对高速激光熔覆涂层性能的影响程度排序为扫描速度>送粉速度>激光功率,这与极差分析结果一致。正交试验获得最优参数组合为：激光功率900 W、扫描速度65 mm/s、送粉速度4 r/min。     

功率参数对AerMet100/C276涂层组织及性能的影响北大核心CSCD

为探究功率参数对AerMet100钢激光熔覆C276涂层组织与性能的影响,为起落架的复合材料研究提供参考。利用激光熔覆技术在A100钢表面制备HastelloyC276熔覆层,并通过电子显微镜、XRD衍射仪、EDS能谱仪、电化学工作站和摩擦磨损仪等设备,研究功率参数对显微组织形貌、物相、硬度和耐蚀性能的影响。实验结果表明,不同涂层组织顶部主要由等轴晶和胞状晶组成,中部主要由柱状晶和胞状晶组成,底部主要由平面晶、柱状晶和胞状晶组成,且随着功率参数的增加,组织尺寸逐渐增大,中部等轴晶逐渐生长为胞状晶,底部胞状晶逐渐生长为平面晶。不同功率参数下熔覆层主相类别无明显变化,且熔覆层中存在偏析现象。综合分析在功率参数1400W下熔覆质量最好,综合性能最佳。     

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。     

TC4激光熔覆Ti/7YSZ复合热障涂层实验研究

为提升YSZ隔热涂层的力学性能,阐明其组织形成过程及机理,优化激光加工工艺参数。方法采用YLS-3000型光纤激光系统利用激光熔覆技术在TC4表面制备了Ti/7YSZ复合涂层体系;通过光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和硬度仪分别表征激光熔覆Ti/7YSZ复合热障涂层的宏观形貌、显微组织、元素分布、物相组成及硬度分布。结果在不同激光扫描速度下,熔覆层表面呈不同程度黄色,微观组织均具有“上下细密、中间粗大”特征,其主要由针状α′马氏体、马氏体核心、α相集束、残余β相以及以TiC为代表的MC碳化物构成,Zr元素富集在基体与熔覆区的结合区;随着扫描速度的增加,Zr元素分布愈发不均匀,熔覆区内马氏体混乱、破碎程度加剧,显微硬度先增后减,7mm/s时熔覆层与基体结合良好,硬度水平达到峰值600 HV,达TC4基体的2.5倍,熔覆质量最佳。结论:优化激光扫描速度,可以显著提升熔覆层的质量与综合性能;熔材中Zr元素以ZrO2、ZrC以及固溶形式存在于熔覆区;马氏体间错位滑移阻力、TiC等增强相以及Zr元素固溶强化作用使显微硬度得以提升。     

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。     

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。     

U74钢轨表面激光淬火工艺及其对耐磨性的影响

本文研究了U74钢轨表面激光淬火工艺及其对表面耐磨性能的影响。激光淬硬层分为表面过热区、均匀相变区和过渡区。淬硬层深度约为0.5-0.8mm，单道淬火宽度约4mm，表面硬度可达Hv850-Hv1000，淬硬层组织为高碳马氏体，细晶混合马氏体和少量奥氏体。激光淬火造成的组织细化和大量高碳马氏体的形成是硬度提高的主要原因。在扫描速度为6mm/秒，离焦量60mm的条件下，U74钢轨表面激光淬火的最佳功率约为1.8kW。在该功率下，可以获得最高硬度、最大硬化层深度和最佳能量利用系数。摩擦学试验表明，经过激光淬火，钢轨表面的耐磨性能有了明显提高。     

激光重熔工艺对YCF101涂层质量的影响

YCF101合金(铁基)涂层耐磨耐蚀以及合适的硬度,是机床零件再制造理想涂层。为制备高表面质量的涂层,研究了不同重熔工艺参数对YCF101涂层质量的影响。采用激光共聚焦显微镜(LEXT OLS4100)对涂层表面形貌、组织和截面质量进行了分析。研究结果表明,激光重熔有效提高涂层表面质量；在相同的重熔工艺参数下,重熔轨迹与熔覆轨迹呈45°的重熔方式,重熔质量最好；重熔功率为200 W,重熔速度9 mm/s,重熔间距1 mm时,涂层质量最好；随着重熔功率增加,涂层裂纹增多；重熔后熔池内部细密的晶粒被柱状晶取代,涂层截面组织均匀,涂层表面组织晶粒细化。     

钛合金表面激光熔覆涂层的耐磨性能

为了提高钛合金的表面耐磨性能,采用MXP-2000型销盘式摩擦磨损实验机,以镍包石墨粉末为原材料,利用CO2激光器在TC4合金表面上熔覆耐磨涂层,进行钛合金及激光熔覆涂层的干摩擦磨损实验,并用扫描电镜对磨损表面进行观察和分析。实验结果表明,激光熔覆涂层的摩擦系数为0.56,与钛合金的摩擦系数基本相同,但激光熔覆涂层的磨损失重量比钛合金低接近一个数量级,说明激光熔覆涂层可以大大提高钛合金的表面耐磨性能。TC4合金的磨损机制以粘着磨损为主,激光熔覆涂层的磨损机制以磨粒磨损为主,涂层的高硬度加上涂层里的TiC增强相是其耐磨性高的主要原因。     

42CrMo钢激光熔凝组织及力学性能研究

42CrMo钢因具有良好的淬透性、强度以及韧性,被广泛应用于拉矫辊制造中,但是这种材料的耐蚀性、耐磨损性及耐疲劳性还不够理想,限制了拉矫辊连续工作能力。为进一步提高拉矫辊基材强度和耐磨损性能,利用激光熔凝技术对调质后42CrMo钢进行了激光强化工艺研究。采用光学显微镜、金相显微镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机等仪器对42CrMo钢激光熔凝后的显微组织、相结构、强度及摩擦磨损性能进行了分析,研究了激光功率、扫描速度对熔凝层性能的影响规律。结果表明:工艺参数对熔凝区力学性能影响较大,激光功率显著影响熔凝层的深度,扫描速度影响表面成形质量;调质后42CrMo钢基体组织主要为回火马氏体+残余奥氏体,经过激光熔凝后,基体组织发生转变,马氏体含量显著提高。     

镍基合金激光熔覆层组织特征研究

利用同步送粉法在Q235低碳钢表面激光熔覆了镍基合金涂层.用扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪、显微硬度计对熔覆层的微观组织、物相组成、成分分布及显微硬度进行了测定与分析.结果表明:在激光功率3kW,扫描速度300mm/min,光斑直径3mm等工艺条件下的激光熔覆质量良好,无气孔、裂纹等缺陷,且与基材呈良好的冶金结合;熔覆...     

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%。     

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...     

激光合金化制备WC颗粒增强复合层耐磨性研究

通过铸造WC和Co包WC与Ni45粉末的复合添加, 运用激光合金化技术在中碳钢表面制备以WC颗粒为增强相的Ni基复合层, 对复合层的微观组织、硬度及耐磨性进行了测试与分析。结果表明: 激光合金化技术可在中碳钢表面制备均匀的WC颗粒增强合金化层, 合金层的硬度及耐磨性得到显著提高。从表面磨损形貌可知, 合金层在室温干摩擦过程中, 均发生不同程度的磨料磨损和粘着磨损, 强化机理主要为第二相强化, WC＋Ni45制备的合金层耐磨性最佳。