激光熔覆制备原位颗粒增强金属基复合表层组织性能的研究

采用激光预置熔覆技术,通过在FeCSiBRe合金粉末中单独添加强碳化物形成元素Zr和复合添加Zr、Ti、WC元素和碳化物,在中碳钢基体上制备出原位析出的颗粒增强铁基复合材料表层。利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDAX),对熔覆层显微组织特征以及硬质颗粒的分布规律进行了观察、分析;利用显微硬度计检测了熔覆层的显微硬度。熔覆层显微组织特征是树枝状的先共晶奥氏体分布在共晶基体上的亚共晶组织。熔覆层与基体成良好的冶金结合且未观察到裂纹和孔隙。熔覆层内析出的硬质颗粒分别是以ZrC和Zr、Ti、W为主的复合碳化物,由于凝固前沿对颗粒的特殊扑获作用,主要分布在枝晶内与枝晶间。     

Stellite和NiCrSiB合金激光送粉熔覆裂纹倾向的比较研究

高功率CO_2激光送粉熔覆Stellite和NiCrSiB合金对比实验表明:NiCrSiB合金激光熔覆具有很大的裂纹倾向,NiCrSiB+50％Ni不出现裂纹,前者微观组织特征为少量的韧性相和大量不规则杂乱分布的粗大硬质相,后者为典型枝晶结构。Stellite 6合金激光熔覆不出现裂纹,Stellite 6+18％以上WC出现裂纹,前者微观组织特征为先共晶枝晶和枝晶间共晶,后者枝晶间共晶增多、共晶内碳化物析出物增多并出现多种复杂形状的碳化物无规沉淀析出。激光熔覆层裂纹形成的根本原因是由于熔覆过程产生的很大拉应力,裂纹形成的主导原因是由于激光熔覆层本身的韧性太低而脆性太大,难以承受大的拉应力。降低裂纹倾向的思路是改变熔覆层内强化相的形态,使其以颗粒形式均匀弥散地析出,同时使强化相颗粒由底部至表面呈梯度分布。     

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。     

激光熔覆原位生成B4C颗粒增强镍基复合涂层的研究

采用自动送粉工艺,在A3钢表面制备出原位生成B4C颗粒增强的镍基激光熔覆层.使用扫描电镜(SEM),电子能谱(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对熔覆层的组织和物相构成进行了分析,并对熔覆层进行了硬度、摩擦性能测试.结果表明,原位生长B4C颗粒增强的Ni基复合涂层与基材呈现良好的冶金结合.熔覆层的底部组织为先共晶析出的Cr,Fe的碳化物树枝相分布在γ(Ni Fe)基体中,而中上部组织为先共晶析出的树枝晶和包含原位生成B4C的白色颗粒相分布在共晶基体中.熔覆层具有极高的硬度(平均HV0.31400),耐磨性是纯Ni60涂层的2倍.硬度和耐磨性的提高归因于涂层中大量的包含原位生长B4C颗粒相的生成,并均匀分布于涂层的共晶基体中.     

激光熔覆高硬度铁基涂层枝晶间残余奥氏体相特征

激光熔覆制备了一种高硬度铁基涂层,涂层平均硬度约为775HV,未发现裂纹缺陷。对涂层显微组织进行表征,结果显示,涂层为均匀、细小的树枝晶组织形态,初生枝晶内为马氏体相,枝晶间为残余奥氏体相,残余奥氏体基体上弥散分布着颗粒状碳化物。枝晶间有Mo、Cr、W、Nb等元素偏聚,但涂层中的C元素分布均匀。枝晶间残余奥氏体存在大量层错,并在层错密集区有马氏体相析出。     

工业纯铝表面激光熔覆Y粉的研究

为了研究稀土Y元素对工业纯铝表面激光熔覆层的组织和性能的影响,在工业纯铝基体上,采用CO2激光器制备了Al-Y合金熔覆层,利用金相显微镜、能谱分析、X射线衍射分析和显微硬度计等对熔覆层的显微组织、成分分布、物相组成和显微硬度进行了研究。由实验结果可知,Y元素显著细化了熔覆层的组织,熔覆层与基体形成良好的冶金结合;生成了含Y的新相YAl3,Y4Al2O9等铝钇金属间化合物;熔覆层区域的显微硬度43HV0.2~58HV0.2与基体的显微硬度30HV0.2~40HV0.2相比提高了50%~60%,在熔覆层表面硬度值达到最高。结果表明,通过激光熔覆Y粉可以提高工业纯铝的表面性能。     

原位生长Cr3C2-CrB复合增强镍基激光熔覆层研究

采用预涂激光熔覆技术,在A3钢表面制备原位生长Cr3C2-CrB复合增强镍基激光熔覆层.使用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)仪对熔覆层进行了显微组织和物相分析,并测试了熔覆层显微硬度及摩擦性能.结果表明,在适当工艺条件下,熔覆层成形良好、表面光滑,涂层与基体呈现良好的冶金结合.熔覆层底部组织为包含Cr,Fe的碳、硼化物的γ(NiFe)树枝晶结构.熔覆层中上部组织为先共晶析出、规则排列的Cr3C2杆状相和CrB颗粒相分布在Fe2C/γ(NiFe)共晶基体中.由于Cr3C2-CrB复合强化相的原位生成且均匀弥散分布在基体中,使得熔覆层具有高的硬度(平均硬度HV     

半导体激光熔覆Co/B4C复合材料的研究

采用3 kW半导体激光在45#基体上激光熔覆Co/B4C复合材料, 并研究了B4C含量对熔覆层裂纹、组织和硬度的影响规律, 获得了最佳的B4C含量。结果表明, B4C含量从w(B4C)＝1.0 %增加到w(B4C)＝2.0％时, 熔覆层无裂纹和气孔等缺陷, B4C达w(B4C)＝3.0%时, 熔覆层出现裂纹; 熔覆层与基体呈冶金结合, 呈致密均匀的枝晶组织, 枝晶组织随B4C含量增加逐渐细化; 随着B4C含量的增加, 熔覆层的显微硬度由无B4C的HV0.2 400提高到约HV0.2 900, 强化效果显著。     

高硬度铁基熔覆层组织、成分及耐蚀性

通过在45#钢表面激光熔覆SDFe55合金粉末,制备高硬度(850HV0.2)铁基涂层,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子探针(EPMA)以及腐蚀实验设备研究激光熔覆层组织、成分及耐蚀性。结果表明,激光熔覆铁基涂层成型性良好,无裂纹、气孔等缺陷,熔覆层与基体呈冶金结合,由γ(Fe,Ni)和M23C6型碳化物组成。由于大量奥氏体组织、致密细小的枝晶的生成以及碳化物的弥散分布,使激光熔覆层的耐蚀性较45#钢提高。此外,熔覆层晶界处Fe元素含量略低,Cr、Mo元素在晶界处含量略高于晶内,Ni元素在整个熔覆层中均匀分布,合金元素成分分布相对均匀对熔覆层的韧性和耐蚀性起到积极作用。     

La_2O_3对激光熔覆镍基纳米Al_2O_3复合涂层组织和性能的影响

采用激光熔覆技术在Q235钢基体上制备了不同La2O3含量的镍基纳米Al2O3复合涂层。通过扫描电镜观察分析了熔覆层的微观组织结构,并对熔覆层的显微硬度和摩擦磨损性能进行了测试。试验结果表明,加入1.5wt%稀土La2O3时,熔覆层组织显著细化,由细小的等轴树枝晶和共晶组织组成,熔覆涂层的显微硬度在651.4HV0.2至732.4HV0.2之间,耐磨性能显著提高。     

激光合金化引入亚微米MC型增强相的研究

为了研究不同反应方式的原位合成或直接添加所引入的碳化物增强相对碳化物强化铁基复合涂层耐磨性能的影响,采用CO2激光器在T10钢表面激光合金化制备TiC/Fe基复合涂层,对涂层的组织结构、显微硬度和耐磨性能进行了检测和分析。结果表明,合金化层组织致密无缺陷,由γ-CrFe7C0.5相+亚微米MC相(M=Ti,Cr,W)组成,其中奥氏体在磨损过程中由于加工硬化转变成马氏体;直接添加增强相的磨损失重是原位合成反应生成增强相的2倍～3倍;Ti+C化合反应生成的碳化物含量高于TiO2+C还原反应,耐磨性能更优异。该实验结果对制备TiC强化Fe基复合涂层时陶瓷相的最佳引入方式,有一定的指导借鉴作用。     

Nb2O5对铁基合金激光熔覆层裂纹敏感性的影响

在45#钢基底上进行了铁基合金和铁基合金加Nb2O5的激光熔覆对比实验.通过工艺参数和Nb2O5含量的优选,获得了成形良好、无裂纹、组织致密均匀的高质量铁基激光熔覆层.采用渗透法观察熔覆层表面裂纹,利用金相显微镜和扫描电镜观察熔覆层横断面的显微组织,使用X射线衍射仪对熔覆层进行物相分析,并测试了熔覆层的硬度.分析结果表明,G312+0.6%Nb2O5(质量分数)熔覆层组织为细小的先共晶析出的碳化物等强化相均匀分布在由γ(Fe,Ni)固溶体和多种金属间化合物组成的共晶体中,且生长方向不同.Nb2O5改善铁基熔覆层抗开裂能力的原因一方面是Nb占据晶界增强了晶界结合,另一方面,部分Nb2O5受C的还原作用生成NbC,先共晶析出,成为异质核,提高了凝固结晶过程中的形核率,使得熔覆层组织得以细化,且降低了熔体中的C浓度,减少了Cr(Fe)碳化物脆性相的体积分数,熔覆层韧性增强,裂纹敏感性降低.     

CeO2对镍基碳化钨激光熔覆层性能的影响

研究了不同激光功率条件下不同含量的氧化铈对镍基碳化钨金属陶瓷熔覆层宏观质量、显微组织及熔覆层横截面硬度的影响。CeO2的掺入均能使镍基碳化钨金属陶瓷熔覆层中的相组织得到细化,裂纹大大减少,宏观质量得到显著改善。随稀土氧化物加入量的增加,稀土的细晶变质作用效果更加明显。当CeO2的含量为0.16wt%时,熔覆层的硬度达到最大约为900HV0.3～1300HV0.3,裂纹基本消失。激光功率对熔覆层的宏观质量、显微硬度及微观组织均有影响,当激光功率低于1.5kW时,难以得到连续光滑的熔覆层;当激光功率高于2.0kW时,熔覆层的晶粒长大,硬度明显降低。     

ZrC改性碳/碳复合材料的氧化及烧蚀行为

采用ZrOCl2·8H2O为改性添加剂前驱体,利用Zr与碳基体之间的原位反应制备了ZrC改性碳/碳(C/C)复合材料。借助热分析和氧乙炔烧蚀试验,研究了所得试样的抗氧化和抗烧蚀行为;用X射线衍射仪和扫描电子显微镜检验观察了改性前后C/C复合材料的烧蚀形貌和Zr的存在形式。结果表明:ZrC颗粒尺寸细小,在试样中分布均匀;改性C/C复合材料质量烧蚀率比改性前降低了43.6%。     

Inconel 625激光合金化层组织、性能与耐磨性研究

采用预制涂层激光合金化法 ,在镍基高温合金Inconel 6 2 5表面预置WC -TiC粉末涂料 ,在增碳、锆条件下可获得成形好、无裂纹、与基材形成冶金结合的合金化层。合金化层组织特点是在γ -Ni枝晶内和枝晶间均匀分布大量从液态析出的复合碳化物。电子探针微区分析表明 ,在γ -Ni枝晶内析出富Ti、Nb、Zr、W、Mo的颗粒状复合碳化物 ,颗粒尺寸 1～ 2 μm ,颗粒数达 10 4个 /mm2 量级 ;在γ -Ni枝晶间析出富W、Mo、Cr的形态复杂的条、块状复合碳化物。合金化层显微硬度约为HV0 .2 4 0 0 ,比Inconel 6 2 5合金硬度HV0 .2 2 5 0提高了 6 0 %。环块磨损试验发现 ,上试样为GCr15标准环时 ,激光合金化层耐磨性是Inconel6 2 5合金的 4 .1倍 ,摩擦系数降低 16 % ,耐磨性与钢表层氮化处理试样相当。上试样为渗碳淬火钢环时 ,激光合金化层耐磨性是钢氮化处理试块的 5 .7倍。研究表明 ,镍基高温合金Inconel 6 2 5表面激光合金化制备原位自生复合碳化物颗粒为增强相的激光合金化层具有很好的工艺重现性。     

碳钢件表面裂纹缺陷激光修复研究

采用双光束激光修复碳钢零件的表面裂纹。裂纹修复区堆焊层与零件基体间存在一明显的白色熔合结合带 ,组织结构中存在联生的胞晶组织及树枝状、针状组织。枝晶为先析出相γ Ni,固溶有大量的Cu和Fe ;枝晶间隙除低熔点金属外 ,含有γ Ni,NiSi2 ,Cr3 Ni2 ,CrSi。修复区送料堆焊层的硬度明显高于碳钢基体的硬度 ,约在HV0 .2 40 0～HV0 .2 45 0 ,随后由堆焊层到过渡区逐渐降低     

High Dielectric,Robust Composite Protective Layer for Dendrite‐Free and LiPF6 Degradation‐Free Lithium Metal Anode

The development of lithium metal anodes for next generation batteries remains a challenge. Uncontrolled Li dendrite growth not only induces severe safety issues but also leads to capacity fading by continuously consuming the electrolyte. This study demonstrates the design and fabrication of a composite protective layer composed of a high dielectric polymer, inorganic particles, and an electrolyte to overcome these obstacles. This layer not only suppresses dendrite growth, but also prevents LiPF₆ degradation. The electrolyte introduced in the protective layer remains within the coating layer after solvent removal and acts as an ion transport channel at the interface. This enables the protective layer to exhibit high ionic conductivity and mechanical strength. The composite protective layer, which exhibits synergistic soft‐rigid characteristics, is placed on the Li metal anode and facilitates superior interfacial stability during long‐term cycles. LiMn₂O₄/coated lithium full cells using the composite protective layer show a superior rate capability and enhanced capacity retention compared to the cells using a bare lithium anode. The proposed strategy opens new avenues to fabricate a sustainable composite protective layer that affords superior performance in lithium metal batteries.     

Cr3C2对Fe基合金激光熔覆层组织与性能的影响

为了研究Fe基、Cr3C2/Fe复合涂层的显微组织、抗高温氧化性能,以及Cr3C2/Fe复合涂层相结构演化规律,采用5kW CO2激光器在与Fe基合金成分相近的Q235钢表面熔覆Fe基合金涂层及Cr3C2/Fe基合金复合涂层的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了相关试验数据。结果表明,Fe基合金涂层主要组成相为α-Fe,Cr23C6以及体心立方的α-Fe固溶体等;熔覆层主要以亚共晶方式结晶,在初生固溶体间存在层片状的共晶组织。Cr3C2/Fe基合金复合涂层组成为γ-Fe,α-Fe,Cr23C6,Cr3C2以及Cr7C3等。Fe基合金涂层由发达的α-Fe枝晶和其间共晶组织组成,Cr2C2/Fe基合金涂层典型组织为等轴晶以及细小的共晶组织;Cr3C2对熔覆层的组织有显著的改善作用,使其组织细化,促使组织由树枝晶向等轴晶转化;Cr3C2的加入可显著提高Fe基合金涂层的显微硬度、高温抗氧化性等物理性能。这一结果对以后相关的Fe基合金激光熔覆以及激光表面改性研究有一定的帮助。     

The preparation and characterization of strained-layer superlattices in the GaAs + GaP System

The technique of metal organic chemical vapor deposi-tion has been used to prepare strained-layer superlattices in the GaAs + GaP system. The superlattices consist of alternating layers of GaP and GaAs_xP_1?x for x = 0.2 to 1.0, which vary in thickness from 30 to 400 Å. The layers were grown by the decomposition of trlmethylgallium and various mixtures of ASH₃ and PH₃ in H₂ at 800δC. The thickness and uniformity of the layers were determined by optical and transmission electron microscopy and x-ray diffraction. The composition of the layers was determined from x-ray diffraction. A new analysis has been developed to determine the layer strain as well as the composition of thick layers (～ 300 Å). Transmission electron microscopy has been used to yield direct evidence that strained-layer superlattices can be used to remove the misfit dislocations generated during the epitaxial growth of a GaAs_xP_1-x alloy on a lattice mismatched GaP substrate. These results are in agreement with the previous work of Matthews and Blakeslee. Optical absorption, photocurrent spectroscopy and photoluminescence have been used to deter-mine the band gap energy as well as the energies for other optical transitions. The values are in excellent agreement with the values predicted by tight binding and effective mass calculations.     

钛合金表面激光熔覆（Ti＋Al/Ni）/（Cr2O3＋CeO2）复合涂层组织写耐磨性能

为改进钛合金(Ti6A14V)的耐磨性能,应用脉冲Nd:YAG激光器进行了钛合金表面熔覆(Ti Al/Ni) (Cr_2O_3 CeO_2)复合涂层实验,分析了熔覆层微观组织,测试了熔覆层显微硬度及其在大气环境室温下的摩擦磨损性能。结果表明,熔覆层组织是在细小树枝晶和共晶基体上散布着未熔Cr_2O_3颗粒和白亮球状液析Cr_2O_3,及生成的硬化TiAl陶瓷颗粒增强相。显微硬度明显提高,最高可达1150HV,平均是基材的3～4倍。熔覆层和基材实现良好冶金结合,白亮熔合区宽度为10～20μm。激光熔覆层干滑动摩损的摩擦系数在0．2～0．3之间,磨损率比Ti6A14V标样降低约4～5倍。