激光熔覆陶瓷涂层的组织和性能的研究现状

激光熔覆陶瓷涂层技术是一项新兴的高新技术。该技术利用高能密度的激光束实现金属基体与表面陶瓷层的冶金结合，从而使金属表面获得高的耐磨性、耐热性、耐高温和抗氧化性等综合性能。1激光熔覆陶瓷涂层的组织1．1陶瓷涂层材料和基体材料按组成不同，陶瓷分为氧化物和非氧化物两大类。常用氧化物陶瓷有Al2O3、ZrO2等。非氧化物陶瓷主要是由金属、类金属与C、N、B、Si等元素组成的化合物。陶瓷还可按功能分类。在热功能方面，耐热性较好的有AI刃3、MgO、ZtOZ、TIN等；绝热性较好的有SIO。、AI刀3、SIOZ、AI刀3等。在力学性能方…     

B4C含量对激光熔覆Fe基陶瓷复合涂层组织及性能的影响

选用同一参数,激光熔覆了Fe基合金加不同含量B4C陶瓷(10％、15％、20％、25％和30％,质量分数)的复合涂层,分析比较了B4C含量对涂层显微组织、相组成、显微硬度以及耐磨性能的影响.结果表明,虽然熔覆粉末中B4C含量不同,复合涂层显微组织都是由平面状晶、胞状晶、树枝状晶和等轴晶组成,但含20％B4C涂层上部等轴晶区晶粒尺寸最小,当B.C含最达到25％及以上时涂层组织中分布着的B4C出现富集现象;不同B4C含量涂层物相都为α-Fe、Fe3B、B4C、Fe23(B,C)6和CrB等,且各组成相的含量差异不明显;不同B4C含量熔覆层显微硬度分布相同,较基材都明显提高,其中含20％B4C的熔覆层显微硬度最高达到1370 HV0.2;磨损试验表明,不同B4C含量熔覆层耐磨损性都明显优于基材,而含20％B4C熔覆层磨损量也最小.     

激光熔覆铁基合金涂层的组织及耐蚀性能

采用激光熔覆技术在DH36钢基体上制备铁基合金涂层,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计等手段对涂层的物相结构、显微组织和显微硬度进行分析,采用极化曲线对比分析Fe基涂层和基体在人工海水中的耐蚀性。结果表明:涂层和基体结合良好,涂层中生成(Cr,Fe)_7C_3、Fe_3C硬质相和双重致密的氧化膜,涂层的结合区主要为平面晶和定向向上生长的柱状晶,中上部为细小的树枝晶,由于合金元素的固溶强化、碳化物的弥散强化和细晶强化的共同作用,涂层的平均显微硬度为1 026.11 HV_(0.2),为基体硬度的5.21倍,涂层的耐蚀性明显改善。     

钛合金表面激光熔覆Metco45C涂层的组织研究

对钛合金表面激光熔覆Metco45C涂层的组织进行了研究。结果表明，激光熔覆区在微观结构上分为熔覆层、熔化区和热影响区。熔覆层组织为细的枝晶状组织；熔化区为树枝状和颗粒状组织。钛合金表面激光熔覆Metco45C可以实现涂层与基体之间良好的冶金结合。     

40Cr钢表面激光熔覆金属陶瓷复合涂层的组织和性能

以WC、TiC、Co以及Co50合金粉末为原料,在40Cr钢表面制备了WC/Co、WC/Co50以及WC-TiC/Co50金属陶瓷复合涂层。使用X射线衍射（XRD）、金相光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和EDS能谱,对熔覆层的显微组织和物相构成进行分析。结果表明,在选择适当的激光熔覆工艺条件下,制备的WC/Co50和WC-TiC/Co50复合涂层表面形貌良好,平整连续且无宏观裂纹。硬度测试和摩擦磨损试验表明,复合涂层具有高的硬度（涂层平均显微硬度1126.7 HV0.2以上,涂层表面硬度可达66.2 HRC以上）和良好的耐磨性,其磨损量相比40Cr钢基材分别下降了54%和66%。分析认为,熔覆层硬度和耐磨性提高的原因在于熔覆层中存在大量WC、TiC以及反应生成的W₂C、Fe₃W₃C等碳化物增强相,且均匀分布于基体中。     

TC4钛合金表面激光熔覆复合涂层的组织和耐磨性

采用5 kW横流CO₂激光器,在TC4钛合金表面熔覆TiC、TiB₂与Ni的混合粉末,制备了无气孔、无裂纹、组织均匀致密的复合涂层。用SEM、EDS、XRD、显微硬度计以及立式万能摩擦磨损试验机分析了激光熔覆层的显微组织、成分和物相,测试了激光熔覆层横截面显微硬度,以及覆层耐磨性能。结果表明,激光熔覆复合涂层与基体呈冶金结合;熔覆层组织从表层到结合区呈现出由棒状、块状向树枝状、颗粒状转变的趋势,且主要由Ti、TiC、TiB、Ti₂Ni、TiNi等相组成;熔覆层显微硬度最高可达863 HV0.2,为基体的2.5倍;熔覆层耐磨性能较TC4钛合金明显提高。     

B4C对激光熔覆钴基合金涂层组织与耐磨性的影响

运用5kWcO2连续激光器在低碳钢表面激光熔覆Co基合金涂层(C065)及Co基合金中添加20％B4C(体积分数)的复合涂层(B4C／Co),研究了B4C对熔覆层组织、显微硬度及耐磨性的影响。结果表明,两种熔覆涂层均为树状枝晶生长的亚共晶组织。C055涂层主要由大量初生枝晶γ固溶体及其间的共晶组织1与(Cr,Fe)7C3组成;B4C／Co涂层主要由γ-Co,Cr7C3,Cr23c6,CrB2和Fe23(C,B)6组成,添加的B4C粒子在熔覆过程中全部熔解,但B4C／Co涂层组织与C055相比明显细化。B4C／Co涂层的显微硬度及耐磨性比Co65涂层都明显提高,并分析了涂层的强化机理。     

激光熔覆Ni-Si金属硅化物复合材料涂层显微组织与耐蚀性

以Ni,Si,Cr元素粉末为原料 ,利用激光熔覆技术在A3钢表面制得了Ni Si金属硅化物复合材料涂层。分析了该涂层的显微组织 ,采用测定阳极极化曲线的方法评价了该涂层在 0 .5mol/LH2 SO4 及 3 .5 %NaCl水溶液中的耐蚀性能。结果表明 :激光熔覆Ni Si金属硅化物复合材料涂层组织由Ni2 Si初生胞状树枝晶及枝晶间少量FeNi/Ni31Si12 共晶组成 ,涂层表面平整、组织细小、与基体间为完全冶金结合 ;涂层组织显微硬度在HV80 0～ 95 0之间且沿层深分布均匀 ;由于涂层组织组成相Ni2 Si和Ni31Si12 等本身均具有很好的耐蚀性并具有快速凝固细小均匀的显微组织 ,激光熔覆Ni Si金属硅化物复合材料涂层在 0 .5mol/LH2 SO4 及 3.5 %NaCl水溶液中均表现出优良的耐蚀性能。激光熔覆Ni Si金属硅化物复合材料涂层可望成为一种很有发展前景的耐蚀涂层新材料。     

激光熔覆Si3N4陶瓷层的显微组织与性能

用横流式连续CO_2激光器在金属基材上熔覆Si_3N_4陶瓷。用光学显微镜、透射电镜和X射线衍射仪进行显微组织观察与物相分析。结果表明,以50Wt％Si_3N_4和50wt％(WC Co)配比的混合粉末,选用比能P/dv为42.46J/mm~2时,熔覆层由均匀分布的Si_3N_4颗粒及粘结相组成,且与基材有良好的结合,具有较高的硬度(1600～1800HV)和耐磨性.其主要组成相为α-Si_3N_4、β-Si_3N_4、WC和Co。     

纳米复合陶瓷涂层激光熔覆后的组织与耐磨性能

研究了45#钢表面激光熔覆纳米A12O3复合陶瓷涂层的微观组织结构、显微硬度和磨损特性。结果表明，激光熔覆层由α-A12O3和TiO2以及A12O3纳米颗粒组成，在激光的作用下，消除了原来等离子喷涂层的片层状组织；纳米颗粒仍然保持纳米尺度，填充在涂层的大颗粒之间，起着桥连的作用；同时涂层气孔率的降低使涂层致密化程度得以提高，纳米A12O3涂层的显微硬度较高，且其耐磨性能明显优于等离子A12O3 13％TiO2喷涂层。     

纯钛表面激光熔覆铁基耐磨涂层结构及摩擦学性能(英文)

利用激光熔覆技术在纯钛表面制备铁基涂层。用 XRD、SEM、TEM分析涂层的相组成和晶体结构。在UMT-2MT摩擦磨损试验机上对铁基涂层在不同载荷和不同滑动速度下的摩擦磨损性能进行测试。用SEM和3D表面轮廓仪分析铁基涂层磨损后的表面形貌和磨屑形貌。结果表明:钛表面激光熔覆制备的铁基涂层的显微硬度约为860HV0.2,具有优异的耐磨性能,磨损率为(0.70～2.32)×10-6mm3/(N·m),可以显著提高纯钛基材的耐磨性能;涂层的磨损机理为轻微的磨粒磨损和粘着磨损。     

激光熔覆Fe-W合金涂层的组织及性能

以纯钨粉末为熔覆材料,采用同轴送粉激光熔覆技术,在Q235A钢表面制备了Fe-W合金耐磨涂层.利用X射线衍射（XRD）、光学显微镜、扫描电镜（SEM）及能谱（EDS）对熔覆层的显微组织进行了分析,用显微硬度计和摩擦磨损试验机对熔覆层的硬度和耐磨性进行了测试.结果表明,熔覆层与基底冶金结合,无明显裂纹或气孔,涂层内部由致密的粗大树枝状和短棒状Fe7W6增强相以及弥散分布的细小颗粒状Fe2W相组成,其均匀分布在α-Fe固溶体中.熔覆层平均硬度700 HV,为基材Q235A钢的3.5倍,同时耐磨性能也得到了显著提高.     

激光熔覆Co+Ni/WC复合涂层的组织和磨损性能

在低碳钢表面激光熔覆了钴基合金涂层(Co60)以及添加不同含量镍包WC(10%,20%,质量分数)的Co Ni/WC复合涂层,比较研究了几种涂层的组织与磨损性能.结果表明,Co60涂层主要由初生γ-Co枝晶及其间的共晶组织γ Cr23C6组成;Co Ni/WC涂层主要由未熔WC,γ-Co枝晶及细小的共晶组织组成,主要组成相有γ-Co,Cr7C3,Co3W3C和未熔WC等.添加WC改变了Co60涂层的定向枝晶生长模式,并细化了枝晶组织.且WC加入量提高,效果越明显.激光熔覆过程中WC颗粒与钴基合金界面间发生了扩散反应溶解,镍包覆有助于WC的残存.与Co60涂层相比,Co Ni/WC复合涂层的硬度与耐磨性均明显提高,Co 20%WC涂层的抗磨损性能提高1倍以上.     

42CrMo钢表面激光熔覆颗粒增强Co基涂层的组织与性能

为改进矿用截齿的耐磨性能,使用激光熔覆技术在截齿用42CrMo钢基体表面制备Co基复合涂层,并分析涂层的微观组织、硬度和耐磨性。结果表明,熔覆层形貌良好且与基体呈冶金结合。在激光作用下,WC颗粒发生溶解并与多种元素发生反应,熔覆层主要由γ-(Co, Fe)和碳化物组成。熔覆层组织呈梯度变化,过渡区组织为平面晶、枝状晶和柱状晶,熔覆区组织则为等轴枝晶和均匀分布的富W、Ti的碳化物颗粒。熔覆层平均显微硬度为995 HV,远高于基体(328 HV),同时热影响区的硬度也大幅提高。在相同的磨损条件下,熔覆层摩擦因数较低,体积磨损量仅为基体的13.5%。在摩擦过程中,弥散分布的细小碳化物颗粒逐渐凸起并起到承担载荷和抵抗磨损的作用,使熔覆层具有良好的耐磨性,磨损机制为轻微磨粒磨损。激光熔覆技术制备的颗粒增强Co基涂层,组织致密,性能良好,能显著地提高42CrMo钢的表面硬度和耐磨性。     

激光熔覆含B_4C_p,SiC_p钴基合金涂层的组织与耐磨性能

运用激光熔覆技术在16Mn钢表面制备了钴基合金涂层(Co55)、含20%SiCp(体积分数,下同)的钴基合金涂层(CoSiC)以及含20%B4Cp钴基合金涂层(CoB4C),比较研究了合金涂层的组织、相结构、显微硬度及滑动磨损性能。结果表明:合金涂层由涂层结合区的胞状共晶组织及涂层区的树枝状亚共晶组织组成,CoSiC涂层及CoB4C涂层的树枝晶比Co55涂层的更细小;B4Cp及SiCp在熔覆过程中完全熔解,其分解出的B,C,Si与涂层中的合金元素结合形成了更多的化合物,Co55涂层由γ Co和(Cr,Fe)7C3组成,CoSiC涂层由γ Co,Cr7C3,Cr23C6,CoSi2,Cr3Si和Si2W组成,CoB4C涂层由γ Co,Cr7C3,Cr23C6,CrB,CrB2和Fe23(C,B)6组成;3种激光熔覆涂层的显微硬度及耐磨性由高到低的顺序为CoB4C→CoSiC→Co55。对涂层的强化机理进行了分析。     

紫铜表面激光熔覆镍基合金的组织与性能

利用激光熔覆技术在紫铜表面制备镍基合金涂层。采用SEM、XRD、EDS、显微维氏硬度计进行组织结构和硬度分析,并测试了紫铜基体、镍基熔覆层的耐冲蚀磨损性能。结果表明:激光熔覆层与铜基体形成冶金结合,组织致密、晶粒细小、无裂纹、孔隙、夹杂等缺陷,熔覆层内具有等轴晶、树枝晶及平面晶等不同结构,并有Cr、Ni、B等强化相颗粒。当冲蚀角为60°时紫铜基体和熔覆层的质量损失率都比较大,随着冲蚀时间的增加,熔覆层质量损失率比紫铜的质量损失率要低得多,激光熔覆层的耐磨性比基体组织的耐磨性提高了近3倍,激光熔覆层的耐冲蚀磨损性能得到明显提高。     

Monel合金表面激光熔覆镍基合金的组织及摩擦磨损性能

利用激光熔覆技术在Monel 400合金表面制备了镍基合金改性层.采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计及销一盘磨损试验机对镍基合金改性层的组织形貌、成分、结构、硬度及摩擦磨损性能进行了研究.结果表明,Monel合金表面镍基合金改性层的组织主要由γ-Ni固溶体、多元共晶体及一些初生沉淀相组成.选择优化的激光辐照工艺进行激光熔覆处理,可获得性能优异的镍基合金改性层,与Monel 400合金基材相比,镍基合金激光改性层的显微硬度是基体的7倍,摩擦系数明显降低,相对耐磨性提高了8.6倍.