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.     

TiO2对45#钢表面激光熔覆镍基合金的影响

采用激光熔覆技术 ,在 4 5 # 钢表面进行了镍基合金粉末添加TiO2 的熔覆试验。通过对激光熔覆工艺参数及TiO2 含量的优选可以获得质量良好的熔覆层。对激光熔覆层横断面进行了显微硬度测量和显微组织分析 ,对熔覆层表面进行了X射线衍射 (XRD)物相分析及摩擦学性能测试。试验表明 ,当TiO2 含量 3wt . %～ 4wt . % ,激光功率 1 8kW ,扫描速度 2～ 4mm/s时 ,可以获得无裂纹、无气孔且与基底呈冶金结合的质量良好的熔覆层。TiO2 能够提高镍基合金熔覆层的韧性、耐磨性 ,细化熔覆层的组织 ,降低熔覆层的裂纹敏感性。TiO2 对G112镍基合金激光熔覆层的改善归因于TiO2 对熔覆层组织的均匀细化、对粗大针状脆性硬质相的抑制以及对韧性相成分的提高作用     

304不锈钢表面激光熔覆FeNiCrAl涂层的研究

基于橡树岭国家实验室(ORNL)开发的具有良好抗蠕变性能且在材料表面形成Al2O3膜的奥氏体不锈钢(AFA)的化学成分,结合熔覆粉末设计原则进行熔覆粉末配比,在304不锈钢基体表面进行激光熔覆,研究激光功率、铝含量对熔覆层成型性和组织的影响.研究结果表明,激光能量密度为31.25W·s/mm2时,熔覆层成型性良好,无开裂、气孔等缺陷.熔覆层与304不锈钢基体界面呈冶金结合;Al含量从0增加到5wt%,组织呈细化趋势;合金涂层的平均显微硬度高达230HV;铝含量2.5wt%的试样,在腐蚀试验温度90℃下,10%HCl+10%HNO3及6%的FeCl3溶液中进行腐蚀,基体腐蚀速率为42mm/a,涂层腐蚀速率为8.76mm/a.     

激光扫描速率与熔覆层组织性能的规律研究

为了研究在激光熔覆修复工艺中，激光扫描速率对最终形成的熔覆层性能的影响，采用同步送粉法，利用激光熔覆工艺在QT500球墨铸铁上制备了不同扫描速率下的镍基合金熔覆层样本；利用金相显微镜观察熔覆层的显微金相，并使用显微硬度计对熔覆层显微硬度进行了测定与分析，取得了熔覆层样品的硬度、显微金相组织以及样品稀释率等数据。结果表明，在其它条件不变下，随着激光扫描速率的增加，熔覆层组织更加致密、均匀，熔覆层的平均显微硬度得到了显著提高；以激光功率为1.9kW、扫描速率为5mm/s、光斑直径为4mm等参量得到的熔覆层组织与性能最优。此研究对激光熔覆表面强化工艺中合理选择工艺参量提供了理论依据。     

复杂盘形凸轮表面激光熔覆工艺

为对失效凸轮进行修复和增强凸轮表面的耐磨、耐蚀、抗压等力学性能,采用激光熔覆的方法在凸轮表面预涂层.研究了在复杂盘形凸轮表面进行单道激光熔覆的工艺,提出了在凸轮表面获得均匀熔覆层应满足的基本条件,并以这些条件为约束推导出复杂盘形凸轮表面激光熔覆运动控制方程.实验试样的宏微观形貌分析表明,熔覆层宽度和厚度均匀,熔覆层与基体结合良好.试样的显微硬度明显提高,凸轮表面的硬度高出基体的2～3倍.     

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.     

激光熔覆工艺参数对熔覆层组织的影响

采用激光熔覆技术在铸钢表面上形成了陶瓷颗粒增强的铁基复合熔覆层,研究了激光熔覆过程中工艺参数对熔覆层显微组织的影响,用X射线衍射、扫描电镜和光学显微镜对熔覆层微观组织的特征进行了观察和分析.结果表明:激光熔覆后的复合层与基材之间形成了良好的冶金结合,熔覆层的组织由马氏体α-Fe和碳氮化钛Ti(C、N)颗粒组成.在其他工...     

42CrMo钢管内壁激光熔覆层粗糙度及显微硬度研究

发动机缸体在服役中会有外界粉尘颗粒伴随着柴油、汽油进入缸体内部,磨损并腐蚀破坏缸体表面,影响发动机的性能。为实现缸体表面的修复,采用输出光斑大小为15 mm×3 mm的宽带激光熔覆头对发动机缸体表面进行单道宽带激光熔覆修复试验。熔覆基体材料为42CrMo钢,熔覆粉末材料为Fe316L。研究激光功率、送粉速度、送气流量及扫描速度等参数对熔覆质量的影响以及各参数的影响权重,并求得最佳工艺参数为激光功率4 250 W,送粉速度3 r/min,送气流量5.1 L/min及扫描速度459 r/min,且在焦点处熔覆时,熔覆质量较高,熔覆层上表面粗糙度为2.19μm,熔覆层显微硬度为552.9 HV。     

激光熔覆Ti/C混合粉末原位生成TiC的研究

为改善钛合金表面性能,采用一定比例的Ti/C混合粉末作为预涂层,500WYAG脉冲激光作为辐射源,利用激光熔覆方法对Ti-6Al-4V钛合金表面进行激光熔覆处理,在钛合金表面原位生成了以TiC陶瓷为主的陶瓷层.利用XRD、OM、以及显微硬度测试等手段对熔覆层的成份、组织及性能进行了分析测试.实验结果表明,原位生成TiC陶瓷的合适工艺参数组合为:脉宽0.5ms,脉冲频率15Hz;扫描速度为1.0mm/s左右;Ti:C=4:1(质量比).在此工艺条件下,熔覆层中可原位生成以TiC为主,同时含有粘结相Ti的陶瓷金属熔覆层,熔覆层内组织比较均匀,没有裂纹和气孔,熔覆层与基底形成了良好的冶金结合.熔覆层的显微硬度最高可达到1546kg/mm2左右,比基底硬度(310kg/mm2)提高了近4倍.     

激光熔覆镍基涂层的组织与磨损特性

利用大功率激光在1Cr18Ni9Ti表面熔覆NiCrBSi涂层,采用SEM、EDS和MM2000磨损试验机研究了不同激光功率下熔覆层的显微组织、成分及磨损特性.结果表明,熔覆层由熔覆区和结合区两部分组成,熔覆区主要有γ-(Ni,Fe)、CrB等多种相结构,呈现出树枝晶、不规则颗粒状、针状及共晶形式等多种形貌.结合区为细小柱状晶,激光功率增大,稀释率增大.熔覆层的磨损为磨粒磨损和粘着磨损共同作用的结果,磨损率分布在(2.2～2.6)×10-5 mm3/m.N之间,平均摩擦系数为0.52.激光功率增加,耐磨性下降.EDS分析表明主要元素Ni、Fe、Cr、Si在熔覆层中均匀分布.高功率激光熔覆层中,Fe含量所占比重明显增加.     

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...     

355nm紫外激光抛光Al2O3陶瓷工艺的研究

紫外激光抛光Al2O3陶瓷可以有效地降低加工中的热影响区、防止微裂纹的产生。为了得到不同激光工艺参量（激光能量密度、扫描速率、扫描间隔）对Al2O3陶瓷抛光表面粗糙度的影响规律,采用单因素实验方法进行了355nm紫外激光抛光Al2O3陶瓷的工艺实验,获得了最优的工艺参量范围。结果表明,当激光能量密度为6J/cm2、扫描间隔为2μm、扫描速率为60mm/s时,抛光后分别获得了较小的表面粗糙度值。这一结果对获得的低粗糙度、高质量的Al2O3陶瓷抛光表面具有指导意义。     

激光直写制备厚膜导体技术研究

采用激光微细熔覆直写布线的方法在陶瓷基板上制备高密度厚膜导体。导体具有光滑平整的表面、高分辨率(最小线宽30 靘)、高附着强度、良好的电气性能,优良的可焊性,且不需要掩模,因此相比传统丝网印刷工艺更灵活更经济。研究了预置涂层厚度、激光功率密度和激光扫描速度对导体线宽的影响,提出了最佳工艺参数范围:涂层厚度4~15 mm,激光功率密度1~4.8 W/mm2,扫描速度<35 mm/s。所得线宽为30~150 mm。并分析了陶瓷板上激光直写布线的机理。     

激光冲击对球墨铸铁表面性能的影响

应用人工神经网络理论,合理选择激光冲击参数,对球墨铸铁QT450-10进行了激光冲击试验,并用扫描电镜和数显硬度仪等进行了分析。结果表明激光冲击使球墨铸铁的表面性能得到明显改善,冲击区表面的平均硬度随冲击次数(1～4)的增加分别增加了34.56％～53.02％,硬化层深约为0.31mm～l47mm。     

激光冲击处理对AZ31B镁合金焊接件抗应力腐蚀的影响

为了研究激光冲击处理对镁合金焊接件应力腐蚀性能的影响,采用激光波长1064nm,脉冲宽度15ns,脉冲能量4J,光斑直径3mm的钕玻璃脉冲激光器,对AZ31B镁合金交流氩弧焊接件表面进行冲击处理。室温下采用三点加载的方式,在去离子水中对试样进行应力腐蚀实验。利用光学显微镜和透射电镜观测激光冲击试样微观结构,利用扫描电镜观测应力腐蚀断口。实验结果表明:根据优化的激光参数,能在试样表面制得纳米结构表层,样品表面纳米晶粒大小为35nm左右;激光冲击处理改变了试样表面的应力状态,由残余拉应力60MPa转变为残余压应力-125MPa;激光冲击处理后自腐蚀电位增大88mV,腐蚀电流减小了73.4%,从而降低试样腐蚀倾向;未激光冲击的试样在浸没了192h后出现应力腐蚀开裂,而激光冲击的试样在浸没了10个月后未出现裂纹,这表明激光冲击处理能够提高AZ31B镁合金焊接件抗应力腐蚀的能力。     

WC/Ni60激光熔覆复合涂层的强碱腐蚀磨损行为

利用激光熔覆制备WC增强涂层,通过光学显微镜(OM)、电子扫描显微镜(SEM)和EDS对试样观察和分析,并依据颗粒相分布均匀性,获得推荐优化工艺参数是送粉量为7.8g/min、扫描速度为4mm/s、激光功率为2.0kW和离焦量为50mm。在此基础上,应用M-200摩擦磨损试验机考察了WC/Ni60涂层在40% NaOH强碱溶液作用下的摩擦磨损行为,结果表明,涂层的摩擦磨损机制随工况的变化而变化,钝化膜的生成和溶解成为一个动态过程,且所制备的涂层在中速中载时较干摩擦能够显著降低摩擦因数和磨损量。     

纳秒脉冲激光清洗石化设备对清洗表面的影响

采用纳秒脉冲激光对石化设备普遍使用的20钢表面锈蚀层以及油污进行了激光清洗试验,通过正交实验法得到优化后的激光清洗工艺参数,在激光功率18 W,激光脉冲重复频率75kHz,扫描速度3 000mm/s的清洗工艺参数下可有效去除20钢表面的锈蚀层;在激光功率20 W,激光脉冲重复频率75 kHz,扫描速度2 250 mm/s的清洗工艺参数下可有效去除20钢表面附着的油污。分析了激光清洗前后材料表面形貌的变化,研究了激光清洗前后表面的显微硬度以及耐腐蚀性,结果表明：激光清洗可以在不改变材料的耐腐蚀性能的同时提升材料表面的显微硬度,从而达到理想的激光清洗效果。     

激光改性硅酸盐玻璃表面局域制备金属铜层

为了实现普通硅酸盐玻璃表面的金属化,利用波长为355nm的脉冲紫外激光刻蚀粗化活化,并结合化学镀,在其表面局域制备出了导电金属铜层。研究了激光加工参量对玻璃表面微观形貌、粗糙度、刻蚀深度的影响规律,并在玻璃表面成功引入了钯元素。结果表明,当第1次紫外激光扫描速率为200mm/s、脉冲频率为100kHz、能量密度为27J/cm2~37J/cm2和填充间距在10μm左右时,玻璃表面可以获得的刻蚀深度在25μm~35μm之间,刻蚀区域的粗糙度R_a在6μm~7μm之间,此时玻璃不会开裂;而第2次激光的能量密度在9J/cm2~11J/cm2之间时（其余参量不变）,钯元素的引入实现了化学镀铜,此时铜层和玻璃之间的平均结合强度可以达到10MPa以上,铜层的体积电阻率可以达到10-6Ω·cm数量级。这是一种具有局域选择性、无需掩模、低成本、高结合强度和良好导电性的玻璃表面金属化工艺。     

基于CFRP纤维编织网格分块扫描的激光除胶工艺算法

碳纤维复合材料(CFRP)在激光表面烧蚀除胶过程中容易出现不均匀热影响区、纤维破损等缺陷, 为了解决这一问题, 提出并实现了一种基于CFRP纤维编织网格分块扫描的激光除胶工艺算法, 采用单因素实验方法, 进行了理论分析和实验验证, 获得了不同激光扫面填充算法对CFRP表面树脂去除率、纤维破损度的影响规律, 并对加工机理进行了分析研究。结果表明, 选取平均功率为24W、重复频率为20kHz、扫描速率为1000mm/s、离焦量为5mm等参量时, 加工样品表面得到了纤维完整、热损伤较小等较好的工艺效果。这一结果对激光加工CFRP烧蚀除胶的研究是有帮助的。     

激光超高温度梯度快速定向凝固研究

研究了激光重熔工艺参数对三种不同成分的Cu Mn合金重熔区微观组织生长方向的影响。结果表明 ,熔池中微观组织的生长方向强烈地受激光工艺参数 (激光输出功率和扫描速度 )和合金成分的影响。通过选择合适的工艺参数 ,实现了与Bridgman法类似的超高温度梯度快速定向凝固 ,其温度梯度可高达 10 6 K m ,速度可高达 2 4mm s。利用激光表面熔凝技术实现超高温度梯度快速定向凝固的关键在于 :1)在激光熔池内获得与激光扫描速度方向一致的温度梯度 ;2 )根据合金凝固特性选择适当的激光工艺参数以获得胞晶组织。