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...     

激光熔覆FeAlCrNiSiC高熵合金涂层研究

利用YAG脉冲固体激光器, 在高纯氩气的保护下, 选取优化了的激光工艺参数在45#钢表面制备FeAlCrNiSiC六元高熵合金涂层。主要采用OM、SEM、EDS、XRD和显微硬度等分析手段, 对实验制备的合金涂层的形貌、组织结构、成分、相结构、硬度及相关机理进行了研究。实验结果表明: 优化的激光熔覆工艺参数为功率85 W, 激光扫描速度为5 mm/s, 能量密度47 J/mm2, 搭接率50%。采用此优化工艺参数成功制备了与基体形成良好冶金结合的FeAlCrNiSiC高熵合金涂层。制备涂层的硬度达到了800 HV, 涂层的内部结构由条状等轴晶及网状枝晶组成, 组分偏析得到了有效缓解。合金涂层具有FCC结构的γ-Fe和BCC结构的FeAlCrNiSiC固溶体的简单物相, 合金元素Al、Cr、Si、Ni、C固溶在两种多组元固溶体中, 增加了晶格畸变, 使涂层具有高的硬度。     

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。     

激光熔覆制备CrNiAlCoMoBx系高熵合金涂层的组织与性能研究

为了拓展激光熔覆制备高熵合金涂层在材料表面改性中的应用, 本文利用激光熔覆的方法在45#钢基体上制备了成形质量良好的CrNiAlCoMoBx系高熵合金涂层, 并研究了激光熔覆工艺参数和B含量对涂层成形质量、微观组织结构和硬度的影响。结果表明: 在优化的工艺参数下, 可以得到表面形貌良好的CrNiAlCoMoBx系高熵合金涂层, 涂层与基体呈良好的冶金结合, 涂层由枝晶和网状共晶组织组成, 均匀致密, 最高硬度达到950 HV0.2, 平均硬度可达700 HV0.2, 是基体45#钢硬度的3倍。随着B含量的增加, 裂纹减少, 硬度有所降低, 但始终在600 HV0.2以上; 涂层的干摩擦磨损性能优于H13钢; 在3.5%NaCl电解液中耐腐蚀性良好, 与304不锈钢相当。     

激光制备AlxCoCrNiMo高熵合金涂层的研究

激光制备高熵合金涂层对于拓展性能优异的高熵合金在表面改性中的应用具有重要意义.采用激光熔覆的方法,在45#钢基体上制备了成形良好的AlCoCrNiMo涂层,证实了激光制备AlCoCrNiMo高熵合金涂层的可行性,并研究了激光熔覆工艺参数和Al含量对AlCoCrNiMo高熵合金涂层的成形质量、微观组织结构、硬度的影响规律.结果表明,在无保护气体、涂覆厚度较薄、能量密度适宜时,可以得到成形质量良好的AlCoCrNiMo高熵合金涂层;涂层组织由共晶体和网状联接物组成,平均硬度在950～1250HV0.2之间,在800℃下仍能保持700HV5的硬度,随着工艺参数的不同,涂层的组织、硬度会有一定的差异;随着A1含量的增加,AlxCoCrNiMo涂层的相结构变得简单,网状联接物的耐腐蚀相减少,硬度降低,但涂层的硬度始终在950HV0.2以上.     

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。     

TA2钛合金表面激光熔覆Ni基Tribaloy 700涂层

为提高钛合金表面强度,采用预置Tribaloy700(T700)合金粉末的方法在TA2钛合金表面进行了激光熔覆制备Ni基T700涂层的研究。研究结果表明,通过激光熔覆能够获得良好的T700合金涂层;涂层中Ti的适量存在能够促进laves相的析出与长大,Ti稀释较小时涂层组织主要为胞状和胞-枝蔓状的奥氏体γNi相,而Ti稀释较大时涂层组织为基体(TiNi γNi相) Laves相;涂层与基材之间有一厚约80~100μm的过渡区。显微硬度测试结果表明,在固溶强化及细晶强化等作用下T700熔覆涂层的显微硬度较常规方法有明显提高,适量的Ti稀释能够进一步提高涂层的硬度。根据Ti稀释程度的不同,涂层的平均硬度值在700~1000HV之间,约比TA2钛合金基材高4~5倍。     

激光熔覆过渡金属硅化物Laves相增强高温耐磨抗氧化涂层组织与性能研究

采用激光熔覆技术,在1Cr18Ni9Ti基材上,“原位”合成了以MoNiSi及Co_3MoSi Laves相为增强相的镍基和钴基复合材料涂层。利用OM,XRD、SEM、TEM等研究了涂层的显微组织和微结构,并考察了涂层的显微硬度、耐磨损性能和高温抗氧化性能。结果表明,镍基、钴基激光熔覆涂层显微组织分别为MoNiSi分布在镍基固溶体基体上和初生Co_3Mo_2Si分布在Co固溶体和Co_3Mo_2Si共晶基体上。两种合金的强化相均为具有密排六方晶体结构的MgZn_2型Laves相、且固溶大量合金元素Cr;固溶体相均为面心立方晶体结构,Cr、Si、Mo等合金元素固溶含量很高。镍基、钴基激光熔覆涂层的平均显微硬度分别为650HV_(0.2)和1000HV_(0.2)。与不锈钢和镍基高温合金相比,Laves相增强激光熔覆复合材料涂层具有优良的耐磨和抗高温氧化综合性能。     

铝合金表面激光熔覆Al+Y粉末的研究

为了研究激光熔覆制备Al-Y合金涂层的可行性,采用CO2激光器熔化预置的Al+Y混合粉末的方法,利用SEM,XRD,EDS和硬度检验等方法分析了熔覆层的显微组织、物相组成、成分分布和硬度等。在2034铝合金表面得到了激光熔覆涂层,其物相主要由Al,Y5Al3,YAl3,YA1等组成,Y元素主要分布于晶界和枝晶间,熔覆层的显微硬度70HV0.2～95HV0.2与基体的100HV0.2～120HV0.2相比较低,原因在于降低了基体中Cu元素的固熔强化效果。结果表明,熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,熔覆层显微组织显著细化。     

基体材料对NiCrBSi激光熔覆层组织及硬度的影响

在TC4合金和60^#钢表面进行了激光熔覆NiCrBSi涂层的试验,利用扫描电镜和X射线衍射仪等对激光熔覆层的组织、成分和物查进行了分析,测试了激光熔覆层的显微硬度。结果表明,激光熔覆层在微观结构上存在熔覆区、结合区、基体热影响区三个区域。在TC4合金表面熔覆区中出现了TiB2、TiC等新相,其显微硬度在HV900－1100之间,明显于60^#钢表面熔覆区的显微硬度（HV800－900）。     

激光熔覆CoCrFeMnNiTix高熵合金涂层的微观组织及性能研究

利用激光熔覆技术在45钢表面制备了CoCrFeMnNiTi_x（x为Ti的摩尔比,x=0.25,0.50,0.75,1.00）高熵合金涂层。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、维氏硬度计、电化学工作站和摩擦磨损试验机等分析了Ti元素对CoCrFeMnNiTi_x高熵合金涂层微观组织和性能的影响。结果表明CoCrFeMnNiTi_x高熵合金涂层微观组织是由面心立方（FCC）固溶体相和TiC颗粒相组成的枝晶组织。随着Ti元素增加,TiC颗粒在晶内析出并逐渐增多,在Ti原子固溶引起的晶格畸变和TiC析出的共同影响下,晶格常数先增大后减小。Ti元素的添加引起了涂层的固溶强化和第二相强化,高熵合金涂层的显微硬度逐渐增高至364.5 HV0.3。掺杂Ti元素使高熵合金涂层的腐蚀机制由点蚀转变为晶间腐蚀,随着Ti元素含量增加,涂层活化阶段的晶间腐蚀加剧。涂层的磨损机制随Ti元素的增加由黏着磨损向氧化磨损与磨粒磨损转化,CoCrFeMnNiTi_0.25涂层具有最好的耐蚀性能和耐磨性...     

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。     

17-4PH不锈钢表面激光熔覆Stellite6涂层组织及耐水蚀性能

为提高17-4PH不锈钢的耐水蚀性能,利用激光熔覆方法在其表面制备了Stelite6合金涂层。研究了涂层的微观组织形貌、相组成以及元素扩散行为,分析了涂层的硬度分布和耐水蚀性能。结果表明,Stellite6涂层微观组织由平面晶、胞状和柱状晶、树枝晶以及等轴晶组成,物相组成包括面心立方(FCC)结构的γ-Co固溶体和M_(23)C_6、Cr_7C_3、CoC_x等,Fe、Co元素在基体和涂层间的扩散明显。Stellite6涂层的最高硬度为561HV,平均硬度约为基材的1.4倍。多道多层熔覆时,搭接区存在软化现象,横向硬度分布出现周期性波动。在压力为80 Mpa、温度为80℃、水流冲蚀时间为30h的条件下,基材表面发生了严重的材料破坏,而Stellite6涂层表面基本保留了初始形貌,涂层的耐水蚀性能相比基材的有了显著提高。     

激光熔覆Ta-W合金涂层工艺方法研究

采用预置涂层和同轴送粉激光熔覆方法,分别以Ta/W混合粉末和纯W粉末为熔覆材料,纯Ta为基底,在Ta板上制备Ta-W合金涂层,对难熔金属材料的激光熔覆工艺方法进行了对比研究。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及显微硬度计对两种方法所制备熔覆层的微观组织和显微硬度进行了分析。结果表明,预置粉末法激光熔覆层厚度均匀,稀释率低,涂层内部为粗大的Ta-W合金固溶体组织,熔覆层平均硬度为1500HV,高于基底10倍。同轴送粉法激光熔覆层与基底呈良好的冶金结合,熔深较大,涂层内部为致密细小的树枝状Ta-W合金固溶体,均匀分布于Ta中。涂层平均硬度为800HV,为基材的5倍。     

激光熔覆NbC/Ni60合金复合涂层的组织与性能

利用激光熔覆在45钢基体上制备了NbC颗粒增强的Ni60合金复合涂层。结果表明,复合涂层的组织由γ-Ni奥氏体枝晶、枝晶间的共晶、M₂₃C₆、NbC、和少量的CrB相等组成。NbC颗粒是在激光熔覆过程中原位合成的,其形貌为不规则的块状或花瓣状。原位合成NbC颗粒增强的Ni60合金激光熔覆涂层的显微硬度可达HV0.2 1 000左右,相比于纯Ni60合金涂层,复合涂层的显微硬度提高了约38%。并且,通过激光熔覆（Nb+C）/Ni60混合粉末成功修复了2Cr13材质汽蚀的汽轮机叶片。     

钛合金表面激光熔覆NiCrBSi(Ti)-TiC涂层

在TC4合金表面进行了激光熔覆NiCrBSi-TiC,Ti-TiC金属陶瓷复合涂层的试验,对涂层的组织和显微硬度进行了分析和测试。结果表明,NiCrBSi-TiC涂层的组织是在初晶γ-Ni和γ-Ni,Ni3B,M23(CB)6,CrB多元共晶的基底上均匀地分布着TiC颗粒,在激光熔覆过程中TiC颗粒只是边缘发生了溶解或熔化;在Ti-TiC涂层中,TiC颗粒全部溶解或熔化,冷却时以枝晶形式重新析出。NiCrBSi-TiC涂层的显微硬度(HV900～1100)明显高于Ti-TiC的涂层的显微硬度(HV500～700)。     

ZL101铝合金表面激光熔覆Fe-Al金属间化合物涂层

以纯Fe粉和纯Al粉为熔覆材料,在ZL101基体表面采用激光熔覆工艺制备了3种不同成分的Fe-Al化合物涂层.利用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪和显微硬度计,对熔覆合金层以及熔覆层与铝合金基体的结合界面区的组织结构和显微硬度进行了分析.实验结果表明,激光熔覆涂层主要由FeAl与Fe3Al相构成,涂层与基体呈锯齿状结合.3种涂层(Fe-Al,2Fe-Al和3Fe-Al)均有较高的显微硬度,分别为744 HV,603 HV和795 HV.     

Fe_xCoCrAlCu/Q235激光合金化层组织及性能研究

采用激光合金化法在Q235钢表面制备FexCoCrAlCu(x=0,0.5,1,2)高熵合金涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和显微硬度计对激光合金化层的相结构、显微组织、化学成分和硬度进行分析。结果表明,不同Fe含量的FexCoCrAlCu/Q235高熵合金化涂层均为具有简单体心立方(BCC)结构的固溶体,合金化层与基体间呈良好的冶金结合,显微组织为典型的枝晶组织,固溶体组织中出现了成分偏析现象。激光合金化层的显微硬度远高于基材Q235钢,且随着Fe主元含量的增加,涂层显微硬度呈下降趋势。FexCoCrAlCu/Q235激光高熵合金化层由表面至基材体系的混合熵呈高熵-中熵-低熵梯度变化。     

激光熔覆Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层的组织及耐蚀性能

采用激光熔覆工艺在Q235钢表面制备了Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层,分析了Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层的组织结构,测试了Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层在0.5 mol/L HNO3溶液及0.5 mol/L HCl溶液中的耐蚀性能。结果表明:Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层主要分为熔覆区、结合区、热影响区,熔覆区组织主要由等轴晶组成,等轴晶上分布有微米尺度的粒子;合金相结构简单,由体心立方（BCC）及面心立方（FCC）结构组成;Cr元素和Ni元素的钝化作用及由Al元素形成Al2O3或Al2O3H2O膜使得Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层在0.5 mol/L HNO3溶液及0.5 mol/L HCl溶液中具有较好的耐蚀性能,自腐蚀电流密度与基体Q235钢相比降低一两个数量级;0.5 mol/L HCl溶液中的Cl-会穿透Ni0.5高熵合金涂层表面形成的钝化膜,出现轻微小孔腐蚀。     

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。