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.     

镀锌钢表面光纤激光宽带熔覆铝合金涂层研究

采用经整形的矩形光纤激光光斑和配套的宽带送粉装置,实现了在镀锌钢板表面熔覆AlSi12合金涂层.通过光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪观察熔覆层成形、缺陷以及金属间化合物层组织,结果表明熔覆层中的主要缺陷是裂纹.在熔覆层与母材界面处的金属间化合物层中发现裂纹,熔覆中的热输入量与裂纹长度成正比.通过增加激光功率或降低熔覆速度可以有效减小熔覆层中气孔的最大直径并减少气孔数量,熔覆层界面处组织为Al-Fe-Si系统金属间化合物.激光功率的降低或熔覆速度的增加,可以有效降低金属间化合物层最大厚度,采用适当的熔覆工艺参数控制金属间化合物层厚度,可以有效避免裂纹的生成.     

镁合金表面宽带激光熔覆Cu-Zr-Al合金涂层

采用宽带激光熔覆技术在镁合金表面制备了Cu-Zr-Al合金涂层。研究结果表明,Cu-Zr-Al合金涂层是由ZrCu、Cu8Zr3、Cu1 0Zr7和Cu5 1Zr1 4金属间化合物和α-Mg所构成,其中ZrCu相呈连续网状分布于由Cu8Zr3、Cu1 0Zr7、Cu5 1Zr1 4相所构成的灰色区周围。熔覆区和热影响区之间呈现出犬牙交错型界面结合特征。受熔覆材料元素扩散迁移的影响,热影响区具有典型的共晶组织形态。由于合金涂层中多种金属间化合物的增强作用,使合金涂层具有高的硬度、弹性模量、耐磨性和耐蚀性。     

铝合金表面激光熔覆的新进展

本文总结了铝合金表面激光熔覆的特点,阐明了激光熔覆的合金体系及工艺方法,分析了各种熔覆层及界面的组织特征及性能,提出了铝合金激光表面熔覆存在的主要问题及改进途径.     

激光熔覆铝合金表面制备高熵合金工艺参数分析

通过研究不同参数下高熵合金熔覆层的显微组织、相的组成,并将晶界与树枝晶元素原子量进行对比分析,揭示工艺参数对激光熔覆制备高熵合金的影响。结果表明：在激光功率一定的条件下,AlCoCrCuFeNi高熵合金相结构随着扫描速度的增加逐渐由bcc相变为bcc相+fcc相;对比熔铸法,激光熔覆铝合金制备多了1个以Al元素为主的fcc固溶体相。高熵合金主要由底部的树枝晶向顶部的等轴晶发展。通过EDS分析发现,熔覆过程中Al元素偏析严重,Cu元素在晶界处有少量偏析,且扫描速度对合金质量影响明显。     

铝合金的激光熔覆修复

通过对航空航天用超高强7050铝合金进行激光熔覆修复的实验研究,探讨了激光熔覆修复铝合金的可行性。实验采用5kWCO2连续激光器作为加热源,在惰性气体保护隔离箱中,对7050铝合金的板状试样进行了激光单道熔覆、多道搭接熔覆、多层堆积熔覆的实验研究。得到优化的激光熔覆工艺参数,制备了激光熔覆修复试样,并观察了不同激光熔覆区的微观组织以及拉伸断口形貌。实验结果表明,优化激光熔覆工艺参数是:激光功率密度为1.84×104～2.12×104W/cm2,扫描速度为5mm/s,送粉量为1.8～2.4g/min,搭接宽度为1.5mm。采用优化工艺参数熔覆,基底和熔覆区形成良好的冶金结合,熔覆后工件表面平整且基底没有变形。同时,采用干燥的氩气加强对激光熔池的保护可以有效消除铝合金激光熔覆中的缺陷。     

铝合金表面激光熔覆SiC/金属基复合涂层的组织与性能研究

采用 ２ｋｗ的 Ｎｄ： ＹＡＧ激光器,在铝合金基体表面用预置法分别激光熔覆 ＮｉＣｒＡｌ／ＳｉＣｐ（颗粒）、ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ／ＳｉＣｐ、ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ／ＳｉＣｗ（晶须）复合粉末,获得了厚度约为 １ｍｍ的耐磨涂层。借助Ｘ射线衍射及电子探针,对不同涂层的显微组织作了对比分析,并测试了其显微硬度及耐磨性。结果表明由于细晶强化、固溶强化及未熔ＳｉＣ的弥散强化作用,与基体相比涂层硬度提高了４～５倍,耐磨性能提高了２～５倍。     

K418合金激光熔覆Ni-Cr-Ti-Al涂层的组织研究

采用机械球磨法获得混合均匀的Ni-Cr-Ti-Al熔覆材料;并利用CO2激光器在K418镍基高温合金表面制备了不同化学成分的Ni-Cr-Ti-Al涂层;采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射仪(XRD)等手段探讨了不同成分涂层与基体合金的结合情况。分析比较了Ni,Ti和Al含量对熔覆涂层的组织特征的影响。结果表明,在熔覆过程中,Ti,Al合金元素与Ni相互作用将形成Ni2TiAl,Ni3(Al,Ti),Ni3Ti和NiAl金属间化合物相;Ni-Cr-Ti-Al熔覆涂层以Ni3(Al,Ti)相形成的枝晶组织为主,Ni2TiAl,Ni3Ti及NiAl相分布在Ni3(Al,Ti)枝晶间;其中,Ni66.11Cr7.35Ti14.39Al12.15熔覆涂层形成了TiAl合金与K418合金之间成分和性能的良好过渡,为实现TiAl合金/K418合金异种合金间的扩散连接提供了良好的组织基础。     

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。     

激光熔覆复合涂层组织性能研究

研究了TC4合金表面激光熔覆WC-12Co/NiCrAlY复合涂层后熔覆层的组织结构、显微硬度、熔覆层深度等。实验结果表明,激光熔覆层在组织结构上分为熔化区、结合区、热影响区。由于涂层中不同部位成分、温度分布及冷却速度不同使初生相呈树枝状、块状、花瓣状及颗粒状等几种形态;实现了涂层与基体的良好冶金结合,熔覆层最高硬度可达1100 HV。利用SEM观察、显微硬度测试等分析手段,研究了激光功率、扫描速度、涂层成分、涂层厚度对熔覆层的显微硬度、熔覆层深度影响。结果表明:在其它条件不变时,随着能量密度的增加,熔覆层的显微硬度下降;随着涂层成分中WC-12Co相对含量的增加,熔覆层的硬度增加,但熔覆层的深度减小;激光能量密度大小对熔覆层中熔化区的深度有较大影响;随着涂层厚度的增加,熔化区的深度在减小。     

CeO2对激光熔覆Ni60合金涂层组织及性能的影响

为了研究稀土元素CeO₂对激光熔覆涂层性能的影响,以45#钢为基体、Ni60和Ni60+CeO₂粉末为熔覆材料,采用激光熔覆多道搭接工艺制备了含不同含量稀土氧化物的熔覆层。通过对熔覆层着色探伤、显微组织观察、显微硬度测定的试验,分析不同含量的稀土氧化物对熔覆层表面裂纹数量、显微组织、硬度的影响规律。结果表明,CeO₂的最佳掺杂质量分数为0.004;适量稀土元素CeO₂的掺杂,可使熔覆涂层裂纹数量减少,熔覆层的显微组织更加均匀而细小;熔覆涂层表面显微硬度远高于基体,维氏硬度是基体的3.6倍,搭接区域硬度值是基体的3倍左右。这表明稀土元素的添加可以抑制裂纹、细化晶粒,并在一定程度上提高熔覆层硬度。     

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)。     

激光原位熔覆制备TiC/TiB硬质陶瓷复合涂层

采用5 kW横流CO2激光器,在TC4钛合金表面熔覆TiC与TiB2混合粉末,制备出了组织细密、无裂纹与气孔的TiC/TiB复合陶瓷涂层.采用扫描电镜(SEM)、能量散射X谱仪(EDX)、X射线衍射仪(XRD)以及HXD-1000B显微硬度计,分析了熔覆层的显微组织形貌、成分与物相结构,测试了激光熔覆层的显微硬度.结果表明,激光熔覆原位制备的TiC/TiB复合涂层与基体呈冶金结合,熔覆层组织呈现出由表层十字形花瓣状TiC组织到结合区致密小颗粒TiC组织分布变化的特点.同时,熔层中有大量的纤维状TiB组织填充在十字形花瓣状组织与颗粒状组织之间,且纤维组织从熔覆层表层到结合区逐渐增加.熔覆层的显微硬度值最高可达1240 HV0.2,为基体的3.5倍.     

激光熔覆TiB2增强Co基合金涂层的组织与性能

为了研究TiB2陶瓷颗粒对激光熔覆Co基合金层的组织及滑动磨损性能的影响,采用5kW CO2连续式激光器在低碳钢表面激光熔覆Co基合金层和TiB2/Co金属陶瓷复合涂层。结果表明,TiB2/Co金属陶瓷复合涂层主要由γ-Co,Cr23C6,TiB2,TiC,Co3Ti等物相组成;Co基合金涂层的典型显微组织主要由发达的树枝晶+枝晶亚共晶组织组成,TiB2/Co复合涂层的显微组织主要由“梅花状”枝晶+细小共晶组织组成;TiB2/Co金属陶瓷复合涂层的显微硬度及室温滑动磨损性能明显优于Co基合金涂层。这些结果对激光熔覆金属陶瓷复合涂层相关领域的研究是有帮助的。     

激光熔覆制备Stellite6涂层的组织与性能

基于激光熔覆同轴送粉技术,在2Cr13不锈钢表面制备了Stellite6合金涂层,研究了工艺参数对涂层宏观形貌的影响,分析了涂层的显微组织和显微硬度。研究结果表明:在激光功率为2.5 kW,扫描速度为5 mm/s,送粉速率为13.2 g/min,搭接率为38 %时,可获得平整无缺陷的Stellite6涂层。熔覆层可分为一次熔化区、道间重熔区和层间重熔区。熔覆层的组织主要由胞状晶和树枝晶构成;相比于一次熔化区,道间重熔区和层间重熔区的组织较为粗大。通过合理调整道间停留时间和层间停留时间,可使熔覆层周期性循环组织中的一次熔化区的组织占比从54.9 %提升至73.1 %,从而提升熔覆层的整体硬度。     

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。     

激光原位碳化铬-镍基复合涂层的组织特征

为了制备陶瓷增强镍基复合涂层,采用激光熔覆技术在45#钢表面原位合成了碳化铬-镍基复合涂层,研究了涂层的显微组织、相结构特征及显微硬度。碳化铬陶瓷的形状主要有四边形（菱形）、六边形和不规则块状;四边形碳化铬为Cr3C2,六边形碳化铬为Cr7C3,不规则块状碳化铬成分不确定,可能为Cr3C2或Cr7C3;涂层的平均显微硬度达到基体的3.5倍;涂层具有较高的硬度和致密的组织。结果表明,涂层主要由Cr-Ni-Fe-C,C,Cr7C3和Cr3C2四相组成,显微组织均匀致密,与基体呈良好的冶金结合。该研究对激光原位碳化铬-镍基复合涂层的理论研究和实际应用是有一定帮助的。     

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）。     

激光熔覆硬质合金涂层的组织结构与性能

试验研究了Co基硬质合金涂层的激光熔覆。低熔点Al的加入增加了熔池的流动性,抑制了熔覆层气孔的产生;金属Ni的加入明显改善了TiC的润湿性,提高了硬质合金涂层的熔覆性。WC-Co基硬质合金熔覆层硬度可达HV0.21100。涂层中TiC的加入显著提高了熔覆层的硬度,平均达HV0.21200～HV0.21300。     

35CrMo激光熔覆铁基合金与镍基合金涂层性能比较

为了对35CrMo电机主轴激光熔覆铁基合金与镍基合金涂层进行对比研究,利用 CO2激光在35CrMo电机主轴表面制备3540铁基和Ni00镍基合金改性涂层,在初步满足工程应用的前提下,对两种材料改性涂层横截面横向和纵向上的硬度进行测试,并通过配备腐蚀液对其进行了金相研究。结果表明,在熔覆区和熔合区交界处附近,两种熔覆材料的显微硬度差别不大,均为640HV左右,都能满足工程应用;两种涂层材料的耐腐蚀性均较基体材料强,激光熔覆区域、熔合区的显微组织差异明显,晶粒的尺寸逐渐变小,且镍基材料的耐腐蚀更强。综合比较而言,选择Ni00熔覆材料较3540材料更能满足工程应用。