激光熔覆过渡金属硅化物Laves相增强高温耐磨抗氧化涂层组织与性能研究

采用激光熔覆技术,在1Cr18Ni9Ti基材上,“原位”合成了以MoNiSi及Co_3MoSi Laves相为增强相的镍基和钴基复合材料涂层。利用OM,XRD、SEM、TEM等研究了涂层的显微组织和微结构,并考察了涂层的显微硬度、耐磨损性能和高温抗氧化性能。结果表明,镍基、钴基激光熔覆涂层显微组织分别为MoNiSi分布在镍基固溶体基体上和初生Co_3Mo_2Si分布在Co固溶体和Co_3Mo_2Si共晶基体上。两种合金的强化相均为具有密排六方晶体结构的MgZn_2型Laves相、且固溶大量合金元素Cr;固溶体相均为面心立方晶体结构,Cr、Si、Mo等合金元素固溶含量很高。镍基、钴基激光熔覆涂层的平均显微硬度分别为650HV_(0.2)和1000HV_(0.2)。与不锈钢和镍基高温合金相比,Laves相增强激光熔覆复合材料涂层具有优良的耐磨和抗高温氧化综合性能。     

碳纳米管含量对激光熔覆镍基复合涂层组织与性能的影响

针对Ni60A/WC复合涂层硬质相分布不均、减摩性能不足等问题,利用碳纳米管（CNTs）的高熔点和优良的自润滑性能,采用激光熔覆技术在45钢基体表面制备了添加不同含量CNTs的镍基耐磨涂层。通过扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪（XRD）分析了涂层的显微组织、元素组成和相组成。通过显微硬度计和摩擦磨损试验机测试了涂层的硬度和耐磨性能。XRD图谱表明:熔覆层主要由Ni-Cr-Fe固溶体和WC、W₂C、Cr₃C₂、Cr₇C₃、Cr₂₃C₆、B₄C等硬质相组成。显微组织结果表明:CNTs的添加促进了异质形核,有利于硬质相均匀分布,明显细化了熔覆层的显微组织。由于CNTs具有细化晶粒以及提升自润滑性能的作用,适量添加CNTs可提升熔覆层的显微硬度和耐磨性能。当CNTs的质量分数为0.5%时,熔覆层的显微硬度为1100 HV,摩擦系数为0.3,磨损体积为1.24×10^-4 mm³     

CeO2对激光熔覆Ni60合金涂层组织及性能的影响

为了研究稀土元素CeO₂对激光熔覆涂层性能的影响,以45#钢为基体、Ni60和Ni60+CeO₂粉末为熔覆材料,采用激光熔覆多道搭接工艺制备了含不同含量稀土氧化物的熔覆层。通过对熔覆层着色探伤、显微组织观察、显微硬度测定的试验,分析不同含量的稀土氧化物对熔覆层表面裂纹数量、显微组织、硬度的影响规律。结果表明,CeO₂的最佳掺杂质量分数为0.004;适量稀土元素CeO₂的掺杂,可使熔覆涂层裂纹数量减少,熔覆层的显微组织更加均匀而细小;熔覆涂层表面显微硬度远高于基体,维氏硬度是基体的3.6倍,搭接区域硬度值是基体的3倍左右。这表明稀土元素的添加可以抑制裂纹、细化晶粒,并在一定程度上提高熔覆层硬度。     

扫描速率对激光熔覆镍基合金涂层性能的影响

为了提高材料表面强度和硬度,在材料的表面采用激光熔覆技术熔覆合金涂层以提高其表面性能。相同的激光功率下采用不同的激光扫描速率在材料表面激光熔覆制备镍基（Ni60）复合涂层,取得了在基材表面获得理想熔覆层的工艺参量,并对熔覆层的性能进行了检测。结果表明,随着激光扫描速率的增加,表面粗糙度变大,熔覆层的宽度、高度、基材的熔化深度都有一定程度的降低,裂纹出现增大趋势,熔覆层显微硬度高出基材显微硬度约500HV,激光熔覆技术在一定范围内可以实现对基材的表面硬化。该结果为材料表面强化的研究提供了参考。     

激光熔覆原位生成TiC-ZrC颗粒增强镍基复合涂层

采用预涂粉末激光熔覆技术,在45#钢表面制备出原位牛成TiC-ZrC颗粒增强的镍基复合涂层.使用扫描电镜(SEM),EDS能谱和X射线衍射(XRD)对熔覆层的显微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,在适当的工艺条件下,原位生成TiC-ZrC颗粒增强镍基复合涂层形貌良好,涂层与基材呈冶金结合.熔覆层底部组织为定向生长的γ(NiFe)树枝晶,熔覆层中上部组织为先共晶析出的TiC-ZrC颗粒相和Cr3C2条状相均匀分布于γ(NiFe)树枝晶基体中.熔覆层具有高的硬度(平均硬度HV0.31300)和良好的耐磨性,与纯Ni60熔覆层相比,其磨损失重仅为纯Ni60熔覆层的1/4.熔覆层硬度和耐磨性的提高归因于大量TiC-ZrC复合颗粒的形成及其在涂层中的均匀弥散分布.     

原位生成VC-VB-B4C复合颗粒增强镍基激光熔覆层

采用预涂粉末激光熔覆技术,在A3钢表面成功制备出原位生成VC-VB-B4C复合颗粒增强的镍基复合涂层.使用扫描电镜(SEM),EDS能谱和X射线衍射(XRD)对熔覆层的显微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,原位生成VC-VB-B4C复合颗粒增强镍基复合涂层与基材呈冶金结合.熔覆层底部组织为定向生长的γ(Ni)树枝晶,熔覆层中、上部组织为大量先共晶析出的VC-VB-B4C颗粒相和Cr3C2条状相均匀分布于γ(Ni)基体中.熔覆层具有高的硬度(平均硬度HV0.31350)和良好的耐磨性,其磨损失重仅为纯Ni60熔覆层的1/3.熔覆层硬度和耐磨性的提高归因于大量VC-VB-B4C复合颗粒的形成及其在涂层中的均匀分布.     

激光熔覆NbC/Ni60合金复合涂层的组织与性能

利用激光熔覆在45钢基体上制备了NbC颗粒增强的Ni60合金复合涂层。结果表明,复合涂层的组织由γ-Ni奥氏体枝晶、枝晶间的共晶、M₂₃C₆、NbC、和少量的CrB相等组成。NbC颗粒是在激光熔覆过程中原位合成的,其形貌为不规则的块状或花瓣状。原位合成NbC颗粒增强的Ni60合金激光熔覆涂层的显微硬度可达HV0.2 1 000左右,相比于纯Ni60合金涂层,复合涂层的显微硬度提高了约38%。并且,通过激光熔覆（Nb+C）/Ni60混合粉末成功修复了2Cr13材质汽蚀的汽轮机叶片。     

原位生成TaC颗粒增强镍基激光熔覆层

利用激光熔覆技术,在A3钢表面制备出了原位生成TaC颗粒强化的镍基复合涂层。使用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、电子能谱(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,在适当的工艺条件下,激光熔覆制备原位生成TaC颗粒增强镍基复合涂层成形良好、表面光滑,涂层与基体呈现良好的冶金结合。熔覆层组织由原位生成的TaC颗粒相 Cr3C2与γ(Cr-Ni-Fe-C)的枝状共晶相 γ(Cr-Ni-Fe-C)基体组成。由于TaC颗粒强化相的形成及其均匀弥散分布,既提高了涂层中的强化相比例,又细化了组织,使得TaC/Ni60激光熔覆层具有高的硬度(平均硬度HV0.31100),与纯Ni60熔覆层相比,耐磨性提高4倍。     

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

为改进钛合金(Ti6Al4V)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)+(Cr2O3+CeO2)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Cr2O3颗粒和白亮球状液析Cr2O3,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10～20 μm.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Ti6Al4V标样降低约4～5倍.     

激光熔覆Ni基SiC合金涂层组织与性能的研究

利用5kWCO2连续波激光器在16Mn钢基材表面对含20%(体积比)SiC陶瓷粉末的镍基自熔性合金粉末进行激光熔覆得到Ni基SiC合金涂层(NiSiC)。研究了合金涂层的组织形貌及相结构,并用单纯的镍基合金涂层(Ni60)进行了显微硬度及滑动磨损性能的对比试验。结果表明,NiSiC合金涂层由γ枝晶及其间的共晶组织组成,主要组成相为γ-Ni,γ-(Ni,Fe)固溶体和(Cr,Fe)7C3,Cr23C6及(Cr,Si)3Ni3Si等化合物。添加SiC的镍基合金涂层NiSiC比单纯的镍基合金涂层Ni60具有较高的硬度和耐磨性。     

柱塞Co基粉末激光熔覆工艺研究

为增强1Cr18Ni9Ti不锈钢零件的硬度及耐磨性,采用激光熔覆技术在其表面制备Co基合金熔覆层。利用光学显微镜,分析了熔覆层的微观组织;应用显微硬度计测试了熔覆层的硬度;应用浓度为2%的硝酸溶液做腐蚀剂,测试了熔覆层的耐腐蚀性。并与等离子热喷涂、Ni基合金熔覆等其它表面改性技术进行比较,结果表明:1Cr18Ni9Ti不锈钢柱塞Co基合金激光熔覆层硬度达到HV520,具有较好的耐磨性,其抗酸腐蚀性能也达到检验标准要求。     

激光功率对Co基梯度耐磨涂层性能的影响

为了分析激光功率对Co基梯度耐磨涂层组织和性能的影响,采用激光熔覆在20CrMnMo钢表面依次熔覆St6,St12B,Co47+WC（质量分数为0.05）合金粉末制备厚度约为2.4mm的Co基梯度耐磨涂层,进行了微观组织分析、显微硬度测试、摩擦磨损试验。结果表明,不同激光功率下涂层表面均没有出现裂纹且各涂层中晶体形貌相似,表层出现致密的等轴晶、过渡层出现粗大的柱状晶、底层出现平面晶和树枝晶;600W时耐磨层中发现未熔WC颗粒,800W耐磨层发现CoW₂B₂硬质相;在600W~800W范围内,激光功率越高,涂层整体的显微硬度和耐磨性越好;激光功率为800W时,耐磨层显微硬度达到730HV_0.1,涂层耐磨性相对于基体提高了300%。此研究结果对激光熔覆制备Co基梯度耐磨涂层提供了参考依据。     

不锈钢表面激光熔覆无钴镍基合金涂层研究

为满足某装置用阀门密封面材料不能含有钴的要求,通过激光熔覆两种无钴镍基合金粉末,在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面制备出具有梯度硬度分布的较厚涂层,分析了涂层的微观组织、硬度及界面结合强度。结果表明,采用硬度较低的镍基合金涂层作为过渡层,解决了具有较高硬度镍基合金涂层的开裂问题;涂层与基体及两种镍基合金涂层之间界面连续过渡,硬度呈梯度变化,涂层表面硬度达HRC47;涂层与基体界面为完全冶金结合,其界面结合强度大于565MPa;经弯曲及热震试验后,涂层未出现开裂及剥落现象,说明涂层具有良好的抗热震性能。     

激光熔覆原位生长VC-WxC颗粒增强镍基涂层研究

为了提高45#钢表面强度和耐磨性,采用激光熔覆技术制备原位生长VC-WxC颗粒增强镍基涂层。使用金相显微镜、扫描电镜、电子能谱和X射线衍射仪对熔覆层显微组织和物相进行了分析,并对熔覆层显微硬度及摩擦性能进行了测试。在适当工艺条件下,熔覆层成形良好,涂层与基体呈现良好的冶金结合;熔覆层底部组织为定向生长的 γ(NiFe)树枝晶,熔覆层中上部组织为VC,W2C,WC和Cr3C2相,均匀分布于γ(NiFe)树枝晶基体中;熔覆层具有极高的硬度(平均HV0.31400),耐磨性是纯Ni60涂层的6倍。结果表明,其硬度和耐磨性的提高归因于涂层中大量的VC,W2C,WC和Cr3C2相的生成,并均匀分布于涂层的基体中。     

激光熔覆Ni35+11%wc熔覆层的组织及耐腐蚀研究

镍基合金熔覆层的耐腐蚀、耐磨性、硬度,是45钢零件表面技术改性的理想熔覆层。为节约45钢的成本,增加45钢零件使用寿命,研究了激光熔覆Ni35+11%wc熔覆层的组织及耐腐蚀性。采用Xrd、维氏硬度计,磨损实验,电化学腐蚀方式研究熔覆层的组织和性能。结果表明:熔覆层的主相为Fe2Ni7Si20、NiSi,与基体冶金结合良好。熔覆层的硬度值均在730 HV左右,自腐蚀电位是-0.833 V,自腐蚀电流密度是 0.981 A/m2,熔覆层tafel曲线正向偏移耐腐蚀性有所提高,熔覆层的磨擦系数低于基体。     

工艺参数对TiAl合金激光熔覆复合涂层的影响

利用预涂NiCr-Cr3C2复合粉末对-γTiAl合金(简称TiAl合金)进行激光熔覆处理,制得了以Cr7C3,TiC硬质耐磨相为增强相,以-γNiCrAl镍基固溶体为基体的复合涂层;较系统地研究了光束扫描速度对TiAl合金激光熔覆复合材料涂层组织与耐磨性能的影响.结果表明,随着激光束扫描速度的提高,涂层显微组织有细化的趋势,显微硬度有所提高,而涂层厚度则有所降低.在中等扫描速度下(2.00mm/s)获得的涂层具有最好的滑动磨损耐磨性.     

Cr12MoV模具钢激光熔覆Fe基合金的组织与性能分析

为了进一步提高模具钢表面的硬度和耐磨性能,以Cr12MoV作为基体材料,利用2 kW半导体激光器,以同轴送粉的方式在其表面上熔覆高硬度的Fe基合金粉末。通过光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜分析熔覆层的组织形貌和物相;用显微硬度计测试熔覆层的显微硬度,用磨损试验机进行耐磨试验。进而研究激光功率、扫描速度和送粉量等工艺参数对熔覆层组织性能的影响,确定了最优化工艺参数。实验结果表明,使熔覆层的硬度和耐磨性较优良的工艺参数为:激光功率为1.2 kW,扫描速度为720 mm/s,送粉量为8.5 g/min。在此工艺参数下,熔覆层无裂纹、气孔、夹渣等缺陷,且显微硬度和耐磨性能得到显著提高,最高硬度达921 HV0.2,熔覆层的磨损失重仅为基体材料的25%,明显高于基体的硬度和耐磨性,这归因于熔覆层中存在V4C3、Cr23C6、Cr7C3等细小树枝晶。     

Cr3C2对激光熔覆钴基合金涂层组织与性能的影响

采用5kW CO2连续激光在低碳钢表面激光熔覆了钴基合金涂层(Co60)及添加25％Cr3C2(质量分数)的钴基合金复合涂层(Cr3C2／Co)，对比研究了Cr3C2对熔覆涂层的组织、显微硬度及耐腐蚀磨损性能的影响。结果表明，在本试验条件下可得到熔覆质量良好的Co60及Cr3C2／Co涂层。Co60涂层组织主要由大量初生枝晶γ固溶体及其间的共晶组织γ与(Cr，Fe)7C3组成。Cr3C2／Co涂层组织主要由未熔Cr3C2，大量杆状和块状的富Cr碳化物及其间的非常细小的枝晶及其共晶体组成，主要组成相为γ-Co，Cr7C3，Cr23C6和未熔Cr3C2颗粒。添加的Cr3C2改变了Co60涂层的凝固特征，使Co60涂层的亚共晶结晶方式转变为Cr3C2／Co涂层的过共晶结晶方式。未熔Cr3C2粒子起到了非自发形核作用，在其周围形成了许多富Cr碳化物，并细化了涂层枝晶组织。Cr3C2/Co涂层的显微硬度以及在不同腐蚀介质中的耐磨性比Co60涂层都有明显提高。     

扫描速度对硼化物金属陶瓷激光熔覆层组织和性能的影响

采用5 kW CO₂激光器在45钢表面熔覆制备MoB/CoCr金属陶瓷涂层,采用SEM、EDS和显微硬度计分别对在不同扫描速度下熔覆区的微观组织结构、化学成分分布和硬度进行测试。结果表明:熔覆区组织致密、无裂纹;200 mm/s扫描速度下熔覆区的组织呈现树枝晶—胞状树枝晶—胞状晶过渡,400 mm/s扫描速度时,熔覆区的组织呈现胞状树枝晶—胞状晶—平面晶过渡;熔覆层的主要化学成分均为Mo、Cr、Co和Fe;熔覆区的显微硬度明显提高,是45钢基体硬度的9倍以上。