激光感应复合快速熔覆功能梯度YSZ/NiCrAlY涂层的研究(英文)

为了消除常规热障涂层的裂纹与热生长氧化物(TGO),研究了激光感应复合快速熔覆制备功能梯度氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)和NiCrAlY涂层。结果表明,当激光扫描速度与送粉率分别提高到3200mm/min与90.63g/min时,激光感应复合快速熔覆获得的YSZ/NiCrAlY梯度涂层经检测无裂纹,具有良好的外形,且显微硬度呈梯度分布。原始粉末内立方氧化锆(c-ZrO2)、单斜氧化锆(m-ZrO2)、四方氧化锆(t-ZrO2)完全转变为亚稳态的四方氧化锆(t′-ZrO2)。梯度增加YSZ的涂层具有组织细小、致密、由柱状树枝晶组成的双相结构特征。此外,连续两层间界面消失,完全不同于单纯激光熔覆获得的陶瓷-粘结层双层结构的热障涂层。等温氧化后,激光感应复合快速熔覆功能梯度YSZ/NiCrAlY涂层内亚稳态的四方氧化锆(t′-ZrO2)转变为稳态的四方氧化锆(t-ZrO2),从而提高了高温合金GH4169的抗高温氧化性能。     

激光重熔工艺参数对热障涂层热震性能的影响

在GH536高温合金基材上等离子喷涂氧化钇部分稳定氧化锆(8YSZ)热障涂层后,采用连续CO2激光进行表面陶瓷层激光重熔,得到了表面形貌、组织结构符合质量要求的涂层。热震试验结果表明,在本试验的失效判据下,等离子喷涂及激光重熔试样的失效形式和机理不同,等离子喷涂试样为热震应力失效,激光重熔试样以热震应力和TGO应力共同作用形式失效。激光能量密度为4.0J/mm2时,激光重熔试样具有略高于等离子喷涂试样的热震寿命,当激光能量密度较高时,激光能量分布不均导致的组织及结构的不均匀,柱状晶粗化是能量密度较高的表征,扩展到喷涂态陶瓷层中的裂纹是激光重熔试样热震寿命降低的主要原因。     

激光熔覆铁基合金涂层的高温氧化性能

通过在Fe基合金粉末中添加Cr3C2的方法,在35CrMo钢表面激光熔覆制备抗高温氧化Fe基合金复合涂层。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等分析手段对激光熔覆层600℃氧化100h后的氧化膜形貌及成分进行分析,研究不同Cr3C2含量对抗高温氧化性能的影响。结果表明,激光熔覆Fe基合金涂层组织均匀致密,与基体结合良好,无裂纹、气孔等缺陷。在600℃下,Fe基合金涂层和添加Cr3C2的Fe基合金涂层的抗高温氧化性能均明显优于基体,其累计氧化增重及增重速率远远小于基体。Fe基合金熔覆层600℃氧化后表面形成了FeCr2O4尖晶石氧化物,具有较好的抗氧化能力。由于添加的Cr3C2熔覆过程中发生分解,使熔池中Cr元素含量提高,高温下试样表面形成连续完整的Cr2O3氧化膜,故添加Cr3C2的熔覆层的抗高温氧化性能提高。     

Ti6Al4V合金激光熔覆复合涂层的摩擦学和高温抗氧化性能研究

为了改善Ti6Al4V合金的摩擦学和高温抗氧化性能,预置Ni Cr/Cr3C2-Al-Si复合粉末,采用激光熔覆技术在钛合金表面制备复合涂层。表征了涂层的显微组织结构,测试了涂层的摩擦学和高温氧化性能,并分析了相关机理。结果表明:涂层由Ti C、Ti5Si3和Cr3Si增强相及γ-Ni/Al8Cr5基体组成,平均显微硬度为750 HV0.5,约为Ti6Al4V(360 HV0.5)合金的2倍。室温(25℃)下,由于涂层的高硬度可有效抵抗塑性变形,涂层表现出较好的耐磨性能;高温(600℃)下,钛合金表面生成氧化膜,呈现自润滑效果,而涂层表面产生裂纹,耐磨性能轻微降低。恒温(800℃)氧化32 h后,钛合金表面发生严重氧化腐蚀,而涂层表面生成致密的Al2O3、Ni O和Cr2O3混合氧化物,有效阻止了氧原子的扩散,高温抗氧化性能约为钛合金基体的8.4倍。     

激光重熔等离子喷涂Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层热震性能

为了提高等离子喷涂Al2O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷涂层的抗热震性能,采用激光重熔工艺对涂层进行处理,研究了激光重熔对等离子喷涂层热震性能的影响,并探讨了涂层的热震失效机理.结果表明:相对于等离子喷涂试样,激光重熔涂层有较好的抗热震性能.等离子喷涂陶瓷涂层的热震失效形式基本为边角剥落,而激光重熔陶瓷涂层热震失效形式既有边角剥落又有相当数量的中间区域局部剥落.激光重熔对涂层热震性能的影响主要表现为降低涂层的初始抗破坏能力、减缓涂层的裂纹扩展速率以及改变涂层的破坏模式.     

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。     

激光熔凝NiAl/纳米Al2O3化学复合镀层抗高温氧化性能

采用大功率连续横流CO2激光对化学复合镀NiAl/纳米Al2O3复合镀层进行激光熔凝处理,并对熔凝层的抗高温氧化性能进行研究。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等分别对高温氧化前后的表面形貌、物相组织和元素组成进行表征分析。与复合镀层和基体试样相比,激光熔凝后表面抗高温氧化性能明显提高,这一方面与激光熔凝镀层中的金属间化合物NiAl2O4、Ni0.77AlFe0.23在800℃时具有良好的抗高温氧化性有关,另一方面是由于激光熔凝后镀层表面形成了连续致密的氧化膜。     

退火对激光熔覆FeCrNiCoMn高熵合金涂层组织与性能的影响

采用激光熔覆的方法在45#钢基体上制备了表面形貌良好的FeCrNiCoMn高熵合金涂层,为了研究该高熵合金涂层的抗高温软化性能,分别在550℃、700℃、900℃、1000℃、1160℃下对涂层进行了2h的退火实验。用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计分别研究了涂层退火前后的微观形貌、相结构及显微硬度的变化。结果表明,熔覆态涂层组织为柱状树枝晶结构,主要由面心立方固溶体(FCC)和少量体心立方固溶体(BCC)构成,其平均显微硬度为540HV0.2。550℃、700℃、900℃退火后涂层的组织长大不明显,900℃退火后涂层BCC固溶体相衍射峰变得非常明显,1000℃和1160℃退火后组织逐渐长大,相转变为单一的FCC结构。合金涂层经过不同温度退火后,显微硬度呈现先增大后减小的趋势,在900℃退火后,涂层硬度最高为665HV0.2,说明该合金涂层在低于900℃时具有良好的抗高温软化性能。     

激光熔覆Co基高温合金涂层的显微组织与耐磨性能研究

采用激光熔覆技术在304L不锈钢基体表面制备了Co基高温合金涂层,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析和X射线衍射分析了涂层的显微组织、物相组成以及磨损表面形貌,测试了涂层的室温滑动摩擦磨损性能.结果表明:激光熔覆Co基合金涂层从底部到表层依次为“胞状晶-粗大枝晶-细小树枝晶”组织,主要由γ-Co固溶体、Fe2Mo相及Co7Mo6相组成,涂层平均硬度约为630 HV,是304L不锈钢基体的3倍,室温摩擦磨损性能是304L不锈钢基体的1～1.5倍.由于难溶元素Mo的固溶强化及Fe2Mo及Co7Mo6硬质相的弥散强化使涂层具有较好的耐磨性能.     

激光熔覆MoSi2涂层的研究

本文用高能激光束熔覆MoSi_2粉末在45钢基体上制备了耐高温结构用涂层,用XRD、SEM、EDAX和显微硬度仪分别对熔覆层的组织结构和硬度进行了研究。试验结果表明,由于基体的稀释作用,涂层的相组成为FeMoSi、Fe_2Si和少量的Mo_5Si_3。涂层组织呈现典型的细小枝晶组织特征,枝晶为FeMosi领先相,枝晶间为FeMoSi和Fe_2Si两相共晶,组织中无孔隙和裂纹等缺陷存在。Mo,Si,Fe线扫描成分分布在涂层-基体界面处均缓慢过渡,基体与涂层发生互扩散,为冶金结合。涂层硬度可达HV_(0.5)845,基体硬度为180,涂层硬度比基体提高3.7倍。     

超声振动辅助激光熔覆钴基合金涂层的抗高温氧化性能

采用超声振动辅助激光熔覆工艺,在GCr15轴承钢表面制备了钴基合金涂层,在750℃/100h条件下分析了试样的微观结构和高温氧化行为。结果表明:超声振动并未改变熔覆层的相组成,只是在近表层形成了更加均匀细小的等轴晶组织。涂层经100h高温氧化后遵循抛物线氧化规律。相比于传统的激光熔覆涂层,超声振动辅助激光熔覆涂层表面形成的氧化膜更加细小致密,且无明显的氧化破裂和剥落缺陷,同时伴随大量高温稳定性好的CoCr_2O_4尖晶石相生成,氧化增重与氧化速率常数分别减小了19.2%和50.8%,涂层的抗高温氧化性能进一步提升。     

镍基合金表面激光熔覆MoSiNi-SiC复合涂层的组织与性能

利用激光熔覆技术在镍基合金表面制备了SiC增韧增强的硅化钼复合涂层，研究SiC含量对涂层的裂纹与气孔的形成、组织结构特征、物相组成及硬度、高温摩擦磨损和高温抗氧化性能的影响。结果表明，随着混合粉末中SiC含量的增加，涂层的显微硬度值逐渐增大，高温摩擦磨损性能和高温氧化性能增强，但过高的SiC加入量会使熔覆层的气孔和裂纹倾向明显增大。在SiC含量最高为15%时，涂层无明显成形缺陷，熔覆层组织主要由γ-Ni、Mo₂Ni₃Si、MoSi₂及SiC等相组成，显微硬度值可达814 HV,是基体的5.4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。     

激光熔覆纳米碳化钨涂层组织和性能

采用7KW横流CO2激光器在2Cr13不锈钢基体上进行了激光熔覆纳米WC粉末的实验。使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线能量色散谱仪(EDAX)、显微硬度仪等设备检验了涂层的组织和性能。结果表明:采用激光熔覆纳米WC粉末的方法可以得到致密的复合涂层;涂层熔覆区呈现出典型的Fe的胞状树枝晶和树枝晶间的Fe-C-W组织;XRD分析表明,复合涂层主要由Fe、WC、W2C和Fe3C几种相组成;涂层的性能测试结果表明:表面硬度为1750HV,熔覆层平均硬度为1200HV,耐磨损性能比基体提高了2.5倍。     

30CrMnMoTi钢表面激光熔覆NiCrBSi涂层的组织及耐磨性研究

利用YAG激光器,采用预置粉末法在30CrMnMoTi钢表面制备NiCrBSi涂层.借助扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了涂层微观组织和物相组成.结果表明:在优化的工艺参数下,激光熔覆的Ni基涂层致密,无明显气孔、裂纹等缺陷;组织形貌从结合区到表层依次为:平面晶→树枝晶→较小树枝晶和等轴晶;物相主要由γ-(Ni,Fe)、Ni3B、CrB、M7C3和M23C6相组成.Ni基涂层硬度最高可达830HV0.2,其耐磨性能明显优于基体.     

轧辊表面激光重熔热障涂层抗热冲击性能研究

为了提高轧辊表面涂层的抗热冲击性能、延长其高温条件下的使用寿命,采用5kW CO2激光器,对轧辊表面等离子喷涂热障涂层进行了重熔处理。利用扫描电镜和能量色散谱仪,观察激光重熔涂层的涂层形貌和微观结构, 对分界面元素进行了微区成分分析。将试样在1000℃下保温10min后,放入常温(25℃)水中激冷,探究其抗热冲击性能,并与等离子喷涂涂层进行了对比。结果表明,经激光重熔后,涂层孔隙、裂纹明显减少,涂层质量明显提高;涂层与基体之间在一定程度上实现了冶金结合,结合强度明显提高;开始出现裂纹以及最终失效时的冲击循环次数由原来的14次和32次分别提高到43次和94次。该激光重熔工艺有助于提高涂层的热冲击性能,可延长轧辊的使用寿命。     

激光合金化改性8YSZ热障涂层的抗热腐蚀性能研究

热障涂层可为航空发动机、燃气轮机中的高温部件提供热防护,但其易受高温熔盐腐蚀而过早失效。激光合金化是一种提高涂层抗熔盐腐蚀性能的有效方法。本团队将TiAl₃作为自愈合剂,对8%Y₂O₃部分稳定的ZrO₂(8YSZ)热障涂层进行激光合金化改性。将喷涂态热障涂层和激光合金化改性热障涂层在900℃的75%Na₂SO₄+25%NaCl熔盐环境下进行4 h热腐蚀试验。结果表明：激光合金化改性热障涂层结构致密且表面分布着网状裂纹,改性层保持亚稳态四方相(t’-ZrO₂)结构;喷涂态热障涂层在900℃腐蚀4 h后,腐蚀产物为单斜相m-ZrO₂和Y₂(SO₄)₃,表面有较多的热腐蚀产物;激光合金化涂层在900℃腐蚀4 h后,腐蚀产物为少量m-ZrO₂和Y₂(SO₄)₃,改性层结...     

矩形光束激光重熔等离子喷涂热障涂层热震试验研究

在GH536高温合金基材上等离子喷涂NiCrA1Y/8wt.%Y2O3-ZrO2热障涂层后,采用积分化矩形光斑进行激光重熔。组织结构分析及热震试验结果表明：等离子喷涂与激光重熔试样的失效形式和机理不同,等离子喷涂试样以热震应力失效和热震应力复合TGO应力辅助作用两种形式失效。激光重熔试样以热震应力形式失效为主。能量密度较小的激光重熔试样具有高于等离子喷涂试样的热震寿命。网状裂纹及柱状晶粗化和扩展到喷涂态陶瓷层中的裂纹是激光重熔试样热震寿命降低的主要原因。     

激光原位合成TiC-TiB2/Fe复合涂层及其抗氧化性研究

为了提高材料的高温抗氧化性,采用激光原位合成的方法制备了TiC-TiB2/Fe复合涂层,并进行了理论分析和实验验证,取得了复合涂层的相组成、显微组织及抗氧化性能数据。结果表明,涂层物相主要由-Fe,TiC,TiB2和 (Fe,Cr)7C3等组成,细小的方块状TiC颗粒和长条状TiB2均匀弥散分布于涂层基体上。经600℃恒温氧化60h后,TiC-TiB2/Fe复合涂层表面形成了连续致密的氧化膜,其主要由细小的Fe2O3,FeCr2O4,(Cr,Fe)2O3、金红石型TiO2以及Al2O3等球状颗粒组成,颗粒排列紧密,各氧化物形成热力学条件是满足的。复合涂层在600℃的恒温氧化动力学曲线呈抛物线型,在最初的10h内氧化增重速度较快,之后曲线趋于平缓。60h后其增重仅为0.75mg/cm2,抗氧化性能约是半钢的15倍。此研究结果对提高材料高温抗氧化性有一定的指导意义。     

Ti-6Al-4V合金激光熔覆γ-NiCrAlTi/TiC+TiWC_2/CrS+Ti_2CS高温自润滑耐磨复合涂层研究

为提高Ti-6Al-4V钛合金的摩擦学性能,以金属陶瓷NiCr-Cr3C2和自润滑颗粒WS2复合合金粉末为原料,采用激光熔覆技术在钛合金表面制备出了以硬质TiC和TiWC2为耐磨增强相、Ti2CS和CrS金属硫化物为自润滑相的高温自润滑耐磨复合涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析了涂层的物相及显微组织结构;分别在室温、300℃和600℃时利用Si3N4陶瓷球对磨来测试涂层和基体的干滑动磨损性能,并分析了其磨损机理。结果表明:复合涂层的平均硬度为1005HV0.2,约为基体(360HV0.2)的3倍,从室温到600℃,由于增强相TiC、TiWC2和自润滑相CrS、Ti2CS的综合效应,复合涂层的摩擦系数和磨损率相比基体均显著降低,具有良好的高温自润滑耐磨性能。