超声功率对激光熔覆Fe-Cr-V-C系涂层组织与性能的影响

采用激光熔覆方法在基体表面制备出高强高硬度耐磨涂层,借助光学显微镜、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪以及磨粒磨损试验机等试验仪器研究超声波功率对涂层组织与性能的影响.同时利用图像分析软件Image-Pro Plus测量晶粒尺寸.结果表明,超声波功率对涂层组织与性能均有明显影响.随着超声波功率的增加,空化效应以及声流作用也越来越明显,晶粒尺寸由87 μm减小到6 μm.涂层硬度与相对耐磨性都呈先增加后减小的变化规律.当超声波功率增大到1 000 W时,晶粒尺寸最小,其最小值为6 μm,涂层硬度达到最大值62 HRC,且其相对耐磨性也到最大,其耐磨性是基体的50倍左右.     

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。     

硼含量对激光熔覆沉积TC4钛合金显微组织与力学性能影响

基于航空航天领域对高比强度、耐高温以及耐磨损钛合金材料的迫切需求,本文采用激光熔覆沉积(Laser Cladding Deposition, LCD)技术制备出含硼(B)的TC4钛合金复合材料,并研究了B元素含量对其显微组织和力学性能的影响。结果表明,随着B元素含量增加,可以显著降低LCD成形TC4钛合金的晶粒尺寸,其晶粒尺寸从1294μm降低至28.6μm,在硼元素作用下也逐渐弱化了LCD技术导致的柱状晶现象;当B含量较低时,TC4钛合金LCD成形过程中生成的TiB主要在原始β晶界处富集,随着B元素含量增加,针状TiB逐渐在晶粒内部析出。在LCD成形TC4钛合金复合材料性能方面,随着B含量增加,合金的硬度与强度也逐渐增大,显微硬度从313.23 HV增大至359.24 HV,抗拉强度由848 MPa增加至1119.5 MPa,提升了32.02%。本文研究为增材制造复杂结构高性能钛基合金构件在航空航天领域的应用提供理论支撑。     

TC4钛合金表面激光熔覆掺Y2O3复合涂层的显微组织和性能

目的提高钛合金表面的耐磨性能。方法在TiB_2:TiC=1:3的粉末配比下,添加不同质量分数Y_2O_3稀土氧化物,制备成膏状混合粉末。采用5 k W横流CO_2激光器,在TC4钛合金表面激光熔覆掺Y_2O_3的TiB_2和TiC粉末,制备耐磨性复合涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对激光熔覆层的微观形貌和组织成分进行了分析;用显微维氏硬度计对熔覆层的显微硬度进行了测量;用万能摩擦磨损试验机对熔覆层的耐磨性能进行了测试。结果添加4%Y_2O_3后,熔覆层中部组织明显细化,结合区由致密组织结构转变为晶须网状结构;熔覆层的最高显微硬度为1404.6HV0.2,是基体的3.7倍;熔覆层的磨损量减少了66.67%,且其摩擦系数有明显的降低。结论添加4%Y_2O_3对TC4钛合金表面激光熔覆TiB/TiC复合熔覆层耐磨性能有显著的提高。     

不同送粉速度对TC4钛合金表面激光熔覆的影响

采用光纤激光对TC4钛合金表面进行熔覆改性,研究送粉速度对熔覆工艺过程和熔覆层性能的影响。采用高速摄像机拍摄了加热粉末在空间的分布形貌,采用光学显微镜观察了熔覆层横截面形貌,采用EDS分析了熔覆层的氮含量分布,并测量了熔覆层横截面的显微硬度。实验表明,送粉速度较小时,粉末吸收少量激光能量,熔池较大,熔覆层宽而浅;送粉速度较大时,粉末吸收大量激光能量,熔池较小,熔覆层窄而深。当送粉速度较大时,熔覆层的氮元素含量和显微硬度均分布基本均匀,无明显梯度;随送粉速度增加,熔覆层显微硬度会增加,并稳定在约9.3 GPa。     

激光功率对激光熔覆FeCoBSiNb涂层组织和性能的影响

采用高功率半导体激光器在低碳钢表面激光熔覆了Fe-Co-B-Si-Nb合金涂层。借助光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及数显维氏硬度计,探讨了激光功率对涂层稀释率、物相组成、微观组织及其显微硬度的影响。试验结果表明:在其它工艺参数一定的情况下,激光功率越大,涂层稀释率越大;激光功率为1 050W时,涂层中部的物相分析表现为具有非晶特征的漫散射峰,微观组织由颗粒状晶体和无组织形貌特征的灰色基底组成,随着激光功率的增大,涂层中部的晶化相衍射峰逐渐增多增强,微观组织中出现"雪花"状晶体;涂层和基材结合区的微观组织以具有外延生长特征的平面晶和柱状树枝晶为主;涂层的平均硬度随激光功率的增大而降低。     

TC4合金表面激光熔覆NiCrBSiC+TiN粉末涂层的微观组织研究

采用CO2激光在TC4合金表面进行了NiCrBSiC＋TiN粉末的熔覆试验,获得了连续均匀、无气孔和裂纹的熔覆层,利用EPMA、SEM和TEM分析了激光熔覆层的微观组织。结果表明,熔覆层的组织为在Ni基合金基体上均匀分布着TiN颗粒和针状的M23（CB）。相,TiN颗粒与Ni60合金结合紧密,界面干净光滑。熔覆层与TCA合金呈冶金结合,结合区的组织由柱状晶和树枝晶组成,基底热影响区为马氏体组织。     

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.     

激光熔覆工艺参数对生物陶瓷涂层组织性能的影响

采用激光熔覆技术,在Ti-6Al-4V合金表面制备了生物陶瓷复合涂层,并对激光熔覆工艺参数与涂层组织及性能的关系进行了对比分析.结果表明,激光熔覆生物陶瓷复合涂层的优化工艺参数为:输出功率2.5kW,扫描速度140mm/min,光斑尺寸15mm×1mm.在优化工艺参数下获得了表观质量完好且与基体形成冶金结合的生物陶瓷复合涂层,涂层中最高显微硬度值达到1474HV0.3,物相组成主要为CaTiO3、 HA(Ca10(PO4)6(OH)2)、α-TCP(α-Ca3(PO4)2)、β-TCP(β-Ca3(PO4)2)等.     

TC4表面激光熔覆AlCoCrFeNiTi0.5高熵合金层的组织与性能

采用激光熔覆技术在TC4(Ti-6Al-4V)钛合金表面制备出了AlCoCrFeNiTi_(0.5)高熵合金熔覆层。运用XRD、OM、SEM、EDS等手段分析了熔覆层的相组成、微观形貌和成分;利用显微硬度仪和多功能摩擦磨损试验机分别检测了熔覆层的硬度和耐磨性能。结果表明:当激光功率P=1500 W,光斑直径D=3 mm,扫描速度V=20 mm/s时,制备出了与基体结合良好,无明显缺陷的高熵合金层。熔覆层主要由面心立方(FCC)结构相、体心立方(BCC)结构相和少量的Laves相组成。熔覆层的平均硬度为699.7 HV0.2,约为基体硬度(298.3 HV0.2)的2.35倍。摩擦磨损试验结果表明熔覆层的耐磨性较基体提高约42倍。     

激光熔覆生物陶瓷涂层的组织结构

借助ＸＲＤ及ＳＥＭ对ＴＣ４钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的组织结构进行了研究。结果表明,该涂层为含ＨＡ等钙磷基复合相结构,其组织具有择优取向,有序分布的胞状微晶特征,晶内局部区域有细小粒状物析出,晶界存在第二相,涂层与基体界面为化学冶金结合。该涂层提高了与自然生物硬组织组织结构特性的相似程度。     

TC4合金激光焊接工艺参数与接头组织性能研究

用OM、SEM等手段分析了不同激光焊接工艺参数下焊缝成形和其微观组织特征，并测试了焊缝的力学性能。结果表明：0．8mm厚钛合金板激光穿透焊离焦量范围约在-2mm～＋2mm之间，最佳离焦量为-0．5mm。随焊接线能量的增大，焊缝熔宽和背面宽度都呈增大趋势，且背面宽度的增加更为显著。TC4合金焊缝为针状马氏体α′组成的网篮组织。随着焊接热输入量的增加，马氏体的形态由平行的单相针转变为多相针，分布更加密集和散乱。不同焊接工艺参数下接头的强度均高于母材，塑性低于母材。     

预置Ti粉对激光氮化TC4涂层组织及性能的影响

采用直接激光氮化及表面预置1 mm钛粉后再激光氮化两种工艺在TC4合金表面制备了涂层。通过XRD和带能谱仪（EDS）的场发射扫描电镜（SEM）分析了涂层的物相结构、微观形貌和局部化学成分。由摩擦磨损试验仪、喷砂机和电化学工作站分别检测了涂层的滑动摩擦性能、抗冲蚀磨损性能以及电化学腐蚀性能。结果表明：两种工艺制备的涂层主要由TiN_x（x=1、0.98和0.90）树枝晶、α-Ti片状晶及表面TiO₂组成。经激光氮化处理后TC4合金的抗滑动摩擦、抗冲蚀磨损和耐酸蚀性能均得到了较大的提升。其中预置粉后再激光氮化由于反应充分,获得的涂层较厚,氮含量高,成分分布均匀,其抗滑动磨擦性能较TC4合金基体及直接激光氮化的样品分别提升了5.3倍和1.3倍,稳定的冲蚀失重率比基体及直接激光氮化的样品分别降低了37%及12%,极化电阻分别提高了18 915和12 537 Ω。     

热丝激光熔覆17–4PH涂层组织与腐蚀磨损性能

目的 在低碳钢表面高效制备沉淀硬化马氏体不锈钢涂层,研究涂层在腐蚀磨损苛刻条件下耦合损伤行为。方法 采用热丝激光熔覆技术在20钢基材表面制备17–4PH马氏体不锈钢涂层,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等分析涂层的相组成和显微组织,采用电化学腐蚀摩擦磨损试验仪对涂层的摩擦磨损、极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)及腐蚀磨损耦合行为进行研究。结果 制备的涂层组织均匀、致密,无裂纹、气孔等缺陷,主要由马氏体相组成。熔覆区的平均硬度约为310HV0.1,约是基材硬度的1.5倍,自腐蚀电流密度为6.583×10^?8 A/cm²,具有优异的耐蚀性。在3.5%NaCl溶液中,随摩擦载荷的增加,涂层的开路电位下降,摩擦因数增大,自腐蚀电位下降,腐蚀电流密度增大,摩擦对腐蚀促进作用明显。结论 热材激光熔覆技术节能、高效,制备的17–4PH涂层结构致密、性能优异,可用于在腐蚀磨损苛刻环境下零部件的表面改性。     

TC4钛合金表面激光合金化Ti-Al-Nb涂层的研究

以钛铝铌单质元素球磨混合粉末为原料,采用激光合金化技术在TC4钛合金表面成功制备出Ti-Al-Nb合金涂层。分析了涂层的物相组成、组织形貌及成分、显微硬度,并利用YG6球对磨来测试涂层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果表明:在激光功率P=1.8 k W,扫描速度V=5 mm/s,光斑直径D=2 mm下制备的涂层整体均匀致密、无裂纹,与TC4基体呈良好的冶金结合;涂层组织主要由Ti_3Al、AlNb_2、α-Ti 3种物相组成;Ti-Al-Nb涂层的显微硬度值沿层深方向呈平缓的梯度分布,平均硬度(HV)为5970 MPa,比TC4基体(3600 MPa)提高了66%;涂层平均摩擦系数为0.33,比TC4钛合金(0.45)降低了27%;涂层的磨损体积为0.044 mm3,耐磨性是钛合金基体(0.130 mm~3)的2.95倍。     

功率对激光熔敷Ni基WC涂层组织与硬度的影响

利用6kW光纤激光器在Q235钢板表面激光熔覆Ni基WC复合涂层。使用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、显微硬度计,研究了不同激光功率下熔覆层组织形态、成分和显微硬度的变化规律。结果表明：WC部分发生溶解并与其他元素相互作用形成共晶物,析出后以块状、条状、粒状等形态存在;随着激光功率的增加,熔覆层的高度、熔深和稀释率逐渐增加,熔覆层平均硬度先增加后减小,当激光功率为2500W时能够获得最高硬度,可达基体硬度的5倍左右。     

TC4表面激光熔覆Ni60基涂层温度场热循环特性数值模拟研究

目的确定TC4钛合金激光熔覆的最优工艺参数,研究其热循环特性,分析激光熔覆温度对组织的影响规律。方法采用3D高斯热源,基于Sysweld软件平台,对TC4钛合金激光熔覆Ni60A-50%Cr3C2粉末过程进行数值模拟仿真,研究温度场云图及其热循环特性,模拟计算激光熔覆最高温度、加热速度和冷却速度,以及熔池最大深度和热影响区宽度,进行激光熔覆实验验证,结合熔覆层显微组织扫描电镜(SEM)图像,研究冷却速度对熔覆层组织的影响。结果由仿真可知,激光熔覆工艺参数中的光斑直径和送粉速度主要影响熔覆层的高度和宽度,对温度场分布起主要影响作用的是激光功率和扫描速度。激光功率为500 W,扫描速度为4 mm/s时,熔覆层区域熔化完全,与基体结合良好。激光熔覆最高温度为2700℃,最大加热速度约为2200℃/s,最大冷却速度约为1200℃/s,熔池最大深度在0.33~0.66 mm之间,热影响区宽度约为1.2 mm。模拟与实验得到的熔覆层截面形貌基本一致。不同冷却速度得到的熔覆层组织不同,随着冷却速度的降低,显微组织由短小的胞晶和树枝晶逐步转变为柱状晶、胞状晶和平面晶,最终形成淬火态的针状马氏体。结论最佳工艺参数为:激光功率500 W,扫描速度4 mm/s。冷却速度是影响熔覆层组织的重要因素,仿真模型的正确性及方法的可行性得到了实验验证。