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。     

退火对激光熔覆FeCrNiCoMn高熵合金涂层组织与性能的影响

采用激光熔覆的方法在45#钢基体上制备了表面形貌良好的FeCrNiCoMn高熵合金涂层,为了研究该高熵合金涂层的抗高温软化性能,分别在550℃、700℃、900℃、1000℃、1160℃下对涂层进行了2h的退火实验。用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计分别研究了涂层退火前后的微观形貌、相结构及显微硬度的变化。结果表明,熔覆态涂层组织为柱状树枝晶结构,主要由面心立方固溶体(FCC)和少量体心立方固溶体(BCC)构成,其平均显微硬度为540HV0.2。550℃、700℃、900℃退火后涂层的组织长大不明显,900℃退火后涂层BCC固溶体相衍射峰变得非常明显,1000℃和1160℃退火后组织逐渐长大,相转变为单一的FCC结构。合金涂层经过不同温度退火后,显微硬度呈现先增大后减小的趋势,在900℃退火后,涂层硬度最高为665HV0.2,说明该合金涂层在低于900℃时具有良好的抗高温软化性能。     

刀具表面激光熔覆高熵合金涂层的研究进展

高熵合金具有很广泛的应用价值。目前,传统的铁基合金达不到高速切削的要求,为提高传统刀具材料在高速切削下的性能,国内外通过激光熔覆技术对传统刀具材料进行了改性。本文综述上述研究,同时也总结高熵合金块体与涂层的制备方法及研究现状。从热力学半经验判据设计合金成分出发,首先,介绍成分设计下的基础合金体系的显微组织与性能,探究添加不同合金化元素对涂层组织与性能的影响机制。其次,介绍退火和工艺参数对刀具表面激光熔覆高熔点高熵合金涂层的组织与性能的影响。最后展望高熔点高熵合金涂层的发展前景。     

激光熔覆制备CrNiAlCoMoBx系高熵合金涂层的组织与性能研究

为了拓展激光熔覆制备高熵合金涂层在材料表面改性中的应用, 本文利用激光熔覆的方法在45#钢基体上制备了成形质量良好的CrNiAlCoMoBx系高熵合金涂层, 并研究了激光熔覆工艺参数和B含量对涂层成形质量、微观组织结构和硬度的影响。结果表明: 在优化的工艺参数下, 可以得到表面形貌良好的CrNiAlCoMoBx系高熵合金涂层, 涂层与基体呈良好的冶金结合, 涂层由枝晶和网状共晶组织组成, 均匀致密, 最高硬度达到950 HV0.2, 平均硬度可达700 HV0.2, 是基体45#钢硬度的3倍。随着B含量的增加, 裂纹减少, 硬度有所降低, 但始终在600 HV0.2以上; 涂层的干摩擦磨损性能优于H13钢; 在3.5%NaCl电解液中耐腐蚀性良好, 与304不锈钢相当。     

激光熔覆Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金涂层的微观结构及性能

采用激光熔覆工艺在40Cr钢表面制备了Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金涂层,利用带有能谱的扫描电子显微镜（SEM/EDS）、显微/维氏硬度计、摩擦磨损试验机、电化学工作站等对Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金微观结构进行分析并测试其硬度、耐磨性能、耐蚀性能。结果表明:Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金试样主要由涂层、热影响区及基体组成,涂层无气孔、裂纹等缺陷,与基体呈冶金结合;涂层主要由两种形貌的片状组织组成,晶粒排列紧密,晶粒表面分布着细小的粒子;涂层出现元素偏析,但程度较小;细晶强化、固溶强化、析出强化的共同作用使得Fe0.5NiCoCrCuTi涂层具有高硬度,表面最高硬度为857 HV,约为基体40Cr钢的3.3倍,高硬度及细小尺度析出物为涂层的耐磨性提供了保证;Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金涂层在3.5% NaCl和0.5 mol/L H2SO4溶液中的耐蚀性能优异,与304不锈钢相比,自腐蚀电流密度降低两三个数量级,自腐蚀电位分别正移0.230、0.161 V。     

激光熔覆CoCrFeMnNiTix高熵合金涂层的微观组织及性能研究

利用激光熔覆技术在45钢表面制备了CoCrFeMnNiTi_x（x为Ti的摩尔比,x=0.25,0.50,0.75,1.00）高熵合金涂层。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、维氏硬度计、电化学工作站和摩擦磨损试验机等分析了Ti元素对CoCrFeMnNiTi_x高熵合金涂层微观组织和性能的影响。结果表明CoCrFeMnNiTi_x高熵合金涂层微观组织是由面心立方（FCC）固溶体相和TiC颗粒相组成的枝晶组织。随着Ti元素增加,TiC颗粒在晶内析出并逐渐增多,在Ti原子固溶引起的晶格畸变和TiC析出的共同影响下,晶格常数先增大后减小。Ti元素的添加引起了涂层的固溶强化和第二相强化,高熵合金涂层的显微硬度逐渐增高至364.5 HV0.3。掺杂Ti元素使高熵合金涂层的腐蚀机制由点蚀转变为晶间腐蚀,随着Ti元素含量增加,涂层活化阶段的晶间腐蚀加剧。涂层的磨损机制随Ti元素的增加由黏着磨损向氧化磨损与磨粒磨损转化,CoCrFeMnNiTi_0.25涂层具有最好的耐蚀性能和耐磨性...     

WC含量对激光熔覆FeCoNiCr高熵合金涂层组织结构及性能的影响规律研究

激光熔覆高熵合金涂层已成为表面工程领域的研究热点之一,本文系统研究了不同含量WC(WC质量分数为10%～60%)对激光熔覆Fe Co Ni Cr高熵合金涂层组织结构以及耐磨性、耐蚀性的影响规律。添加10%～60%WC颗粒制备的高熵合金复合涂层的成形质量均较好,未出现裂纹等缺陷。随着添加WC颗粒的质量分数由10%增加到60%,涂层由FCC单相结构向FCC、WC、W₂C和Co₄W₂C等多相转变,显微组织由顶部等轴晶、底部柱状晶向树枝晶转变,块状和鱼骨状含碳相析出且其含量逐渐增加;添加60%WC颗粒后含碳析出相的面积占比可达64.18%。涂层横截面的平均显微硬度和耐磨性随着WC添加量的增加而显著提升,添加60%WC的高熵合金涂层的显微硬度最高(为501 HV0.2)且耐磨性最佳(摩擦因数为0.472),相对于未添加WC颗粒的高熵合金涂层的显微硬度(175 HV0.2)提升了约186%且耐磨性提高了233%。另外,随着WC颗粒的加入,具有较高耐蚀的面心立方相减少,同时WC在电化学过程中与黏结相形成了原电池。因此,高熵合金复合涂层...     

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。     

激光制备AlxCoCrNiMo高熵合金涂层的研究

激光制备高熵合金涂层对于拓展性能优异的高熵合金在表面改性中的应用具有重要意义.采用激光熔覆的方法,在45#钢基体上制备了成形良好的AlCoCrNiMo涂层,证实了激光制备AlCoCrNiMo高熵合金涂层的可行性,并研究了激光熔覆工艺参数和Al含量对AlCoCrNiMo高熵合金涂层的成形质量、微观组织结构、硬度的影响规律.结果表明,在无保护气体、涂覆厚度较薄、能量密度适宜时,可以得到成形质量良好的AlCoCrNiMo高熵合金涂层;涂层组织由共晶体和网状联接物组成,平均硬度在950～1250HV0.2之间,在800℃下仍能保持700HV5的硬度,随着工艺参数的不同,涂层的组织、硬度会有一定的差异;随着A1含量的增加,AlxCoCrNiMo涂层的相结构变得简单,网状联接物的耐腐蚀相减少,硬度降低,但涂层的硬度始终在950HV0.2以上.     

U71Mn钢激光熔覆钴基熔覆层耐磨性研究

为提高U71Mn钢的耐磨性,延长钢轨的使用寿命,选择Stellite6粉、TiC粉和Y₂O₃粉为熔覆粉末,采用激光熔覆同轴送粉技术在U71Mn钢基体表面制备钴基合金熔覆层。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度仪器、超景深显微镜、磨损试验机,分析熔覆层宏观形貌、显微组织、物相组成、显微硬度、磨损形貌和摩擦磨损性能。研究表明,在质量分数为10%TiC-钴基粉末中添加粉末总质量2%的Y₂O₃粉末,可获得较好的单道熔覆层;在激光功率为1 200 W,扫描速度为5 mm/s,送粉速度为1.0 r/min,搭接率为40%时,可获得表面最为平整的熔覆层。熔覆层显微组织由等轴晶和柱状晶组成,熔覆层与基体冶金结合良好,熔覆层主要由TiC、Cr₇C₃、Cr₂₃C₆、γ-Co和Co₃Ti组成。熔覆层硬度最高可达572 HV,平均硬度约为基体的1.8倍;熔覆层磨损量为基材磨损量的3.83%,钴基熔...     

30CrMnMoTi钢表面激光熔覆NiCrBSi涂层的组织及耐磨性研究

利用YAG激光器,采用预置粉末法在30CrMnMoTi钢表面制备NiCrBSi涂层.借助扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了涂层微观组织和物相组成.结果表明:在优化的工艺参数下,激光熔覆的Ni基涂层致密,无明显气孔、裂纹等缺陷;组织形貌从结合区到表层依次为:平面晶→树枝晶→较小树枝晶和等轴晶;物相主要由γ-(Ni,Fe)、Ni3B、CrB、M7C3和M23C6相组成.Ni基涂层硬度最高可达830HV0.2,其耐磨性能明显优于基体.     

铝合金表面激光熔覆铜基合金涂层研究

为了提高铝合金的表面强度,根据铜合金的液相分离性质,采用CO2激光熔覆方法,在铝合金表面成功制备了铜基合金涂层。结果表明,涂层的基体相为铜基固溶体,强化相主要为呈弥散分布的laves相。涂层中的强化相表现出了"富Mo核心"+"包围相"的复合结构特征,这主要是由于富Mo核心的析出为液相分离提供了异质形核条件所造成的。硬度测试表明,所获涂层的硬度约为270HV0.05,比ZL104铝合金提高了约2倍。     

激光熔覆碳纳米管增强高熵合金涂层及耐腐蚀性能

通过机械混合方法解决了碳纳米管(CNTs)在Co Cr Fe Ni高熵合金粉体表面的团聚问题,采用激光熔覆方法在304不锈钢基板上制备了Co Cr Fe Ni-CNTs涂层,碳纳米管优化质量分数为1.0%,研究了涂层微观组织、显微硬度及抗中性盐雾腐蚀性能。结果表明：涂层的晶粒为单一的面心立方(FCC)结构,按照晶粒形态可以分为平面晶、胞状枝晶、柱状枝晶、等轴晶,晶界上形成了M₇C₃型碳化物共晶相,未分解碳纳米管弥散分布在晶粒内,Si/C类夹杂物来自于熔化的基板材料。涂层内硬度分布较均匀,由于碳纳米管和M₇C₃碳化物的第二相强化作用,硬度水平可以比Co Cr Fe Ni涂层提高70 HV以上。经中性盐雾腐蚀269 h后,点蚀仅发生在脱落的Si/C类夹杂物周围区域,而在晶粒及晶界内其他区域均未发现腐蚀现象,因此,严格限制Si/C类夹杂物进入涂层将进一步改善复合涂层的抗中性盐雾腐蚀性能。     

Nb对车用不锈钢表面FeCoNi熔覆层组织及耐磨性的影响

为提升车用304不锈钢表面硬度及耐磨性,利用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备FeCoNiNb等原子比中熵合金熔覆层。利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计及往复摩擦磨损试验机,分别对FeCoNiNb熔覆层和FeCoNi熔覆层的微观组织、元素分布、相组成、显微硬度及耐磨性进行研究。结果表明,FeCoNi熔覆层相组成为FCC固溶体结构,由枝晶、枝晶间组织组成。而FeCoNiNb熔覆层不仅存在FCC结构,而且在枝晶间区域生成富含Nb元素的Laves相。生成的Laves相显著提高了熔覆层的显微硬度,FeCoNiNb熔覆层的显微硬度为733 HV±10.4 HV,约为FeCoNi熔覆层的3.5倍。FeCoNiNb熔覆层的平均摩擦系数约为0.427,磨损率为2.45×10^-6×10^-6 mm³·N^-1·m^-1,约为FeCoNi熔覆层的0.37倍。磨损机理为磨粒磨损。综上,FeCoNiNb中熵合金熔覆层可显著提升车用304不锈钢的显微硬度及耐磨性。     

激光熔覆Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层的组织及耐蚀性能

采用激光熔覆工艺在Q235钢表面制备了Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层,分析了Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层的组织结构,测试了Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层在0.5 mol/L HNO3溶液及0.5 mol/L HCl溶液中的耐蚀性能。结果表明:Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层主要分为熔覆区、结合区、热影响区,熔覆区组织主要由等轴晶组成,等轴晶上分布有微米尺度的粒子;合金相结构简单,由体心立方（BCC）及面心立方（FCC）结构组成;Cr元素和Ni元素的钝化作用及由Al元素形成Al2O3或Al2O3H2O膜使得Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层在0.5 mol/L HNO3溶液及0.5 mol/L HCl溶液中具有较好的耐蚀性能,自腐蚀电流密度与基体Q235钢相比降低一两个数量级;0.5 mol/L HCl溶液中的Cl-会穿透Ni0.5高熵合金涂层表面形成的钝化膜,出现轻微小孔腐蚀。     

45#钢激光熔覆铁基合金组织及磨损性研究

利用CO2激光器在45#钢基体上熔覆Fe基合金,通过改变激光的扫描速度,分析了激光熔覆层的微观组织,测试了其显微硬度及磨损性能.结果表明,激光熔覆区为细小的树枝晶,组织均匀致密,随着扫描速度的增加,熔覆层的宽度呈下降趋势,熔覆层显微硬度是基体3.5倍.随着扫描速度的增加,熔覆层中颗粒相和合金元素的偏析减少,使硬度有所降低.     

激光熔覆和TIG堆焊Fe55合金涂层组织与性能对比研究

采用激光熔覆和钨极氩弧堆焊方法在Q235钢基体表面分别制备Fe55合金涂层。应用金相、X射线衍射、显微硬度及磨粒磨损等分析手段对涂层的组织和性能进行研究。结果表明,激光熔覆和TIG堆焊涂层的稀释率分别为4.42%和7.65%,并且两个涂层均由α-Fe固溶体和原位合成的颗粒增强相CrFeB、Cr₇C₃、(Cr, Fe)₇C₃及Fe₂B等组成;以树枝晶和胞状晶为主的激光熔覆涂层组织比以等轴晶和胞状晶为主的TIG堆焊涂层组织细小致密;激光熔覆涂层的显微硬度和耐磨性均优于TIG堆焊涂层,平均显微硬度约为664 HV,磨损方式主要为显微切削。     

激光熔覆NiCrSiB合金的组织与性能研究

利用CO2激光器及SLC-2025D数控加工机床,采用同步送粉法在45钢基体上激光熔覆NiCrSiB合金.用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计和M273电化学测试系统等对熔覆层进行微观组织观察和性能测试.结果表明:熔覆层组织主要由γ-(Ni,Fe)、Ni3B、CrB以及M7G3、M23C6等相组成;熔糨层与基底相交的结合区的组织为平而晶和定向生长的柱状晶;激光熔覆后硬度明显提高,是基体的3倍左右:耐蚀性能大大提高.