高温合金K403的激光熔覆研究

研究了高温合金K403基体上商用镍基自熔合金和自配无硼、硅元素镍基合金的激光同步送粉熔覆过程,分析了基体组织状态、熔覆层材料和熔覆工艺参数对熔覆层裂纹倾向的影响,探讨了激光熔覆技术强化和修复高温合金叶片的可行性。研究发现,激光熔覆时大多数裂纹是从基体侧形成后深入到熔覆层中,而基体组织中缩松等铸造缺陷及晶界低熔点共晶的存在是熔覆层开裂的重要原因。采用无硼、硅元素合金熔覆改善了结合区性能,与自熔合金相比,有助于改善熔覆层裂纹倾向。加入适量稀土氧化物有助于减少或消除裂纹。熔覆工艺参数对裂纹产生的影响较大,存在一个无裂纹参数选择范围。研究证明,高温合金基体上熔覆无硼、硅元素合金更易于消除熔覆层裂纹,实现强化与修复更具优势。     

铁基合金激光熔覆层组织分布及开裂敏感性研究

在45#钢基底上进行了铁基合金粉末激光熔覆实验。利用扫描电镜观察了熔覆层横断面的金相显微组织形态,对组织的不同特征部位进行了EDS能谱分析,使用X射线衍射仪对熔覆层进行物相分析。结合熔覆层的组织成分分布和激光熔覆过程中组织凝固的特点,分析得到熔覆层中存在少量的Si和B与Fe、Cr、Ni、O结合形成的低熔点共晶,低熔点共晶分布在晶界,尤其是夹杂在熔覆层表层部分,成为裂纹源。调节熔覆材料的成分,减少低熔点共晶产生,可以有效抑制熔覆层的裂纹敏感性。     

FeCoNiCrNb0.5Mo0.25高熵合金激光熔覆层组织的共晶化行为及耐磨耐蚀机理

针对42CrMo材质舰船艉轴等海工装备在高盐、潮湿、重载环境下的表面腐蚀、磨损问题,本团队利用激光熔覆技术在42CrMo基体表面制备FeCoNiCrNb_0.5Mo_0.25高熵合金熔覆层,探究了FeCoNiCrNb_0.5Mo_0.25高熵合金激光熔覆层在不同激光功率下的组织共晶化及其对耐磨性与耐蚀性的强化机理。研究结果表明：FeCoNiCrNb_0.5Mo_0.25高熵合金激光熔覆层呈现由FCC相和Laves相组成的不完全共晶组织形态;适当提高激光功率可以促进组织的共晶化,特别是当激光功率为1400 W时,高熵合金熔覆层中部呈现为层状间距约为86 nm的纳米共晶组织;过高的激光功率导致基体中的Fe元素对高熵合金熔覆层的稀释作用增强,减弱了Mo和Nb对组织共晶化的促进作用;激光熔覆功率的增加会增强基体元素对熔覆层的稀释作用,降低熔覆层的平均硬度,当激光熔覆功率为1200 W时熔覆层具有最高的显微硬度665.8 HV1.0(约为基体的2.34倍);与基体相比,FeCo...     

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。     

激光熔覆汽轮机转子表面涂层的显微组织研究

针对激光熔覆再制造汽轮机转子轴颈,采用2 kW半导体激光器进行同轴送粉的激光熔覆Fe基合金试验,并在激光熔覆过程中对加工点附近的温度进行监控。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能量色散谱仪(EDS)研究了熔覆层的显微组织形貌、相结构与成分。结果表明,激光熔覆加热集中,检测部位的最高温度未超过70 ℃,整个修复过程平稳。Fe基合金熔覆层组织均匀、致密,与基体冶金结合,没有微观裂纹与气孔等缺陷。熔覆层组织主要为(Fe、Cr、C)合金与CrC两相。熔覆层的组织主要为典型的过饱和固溶体枝晶与枝晶间多元碳化物共晶组成,激光熔覆层与基体熔合过程中产生了元素互渗。     

温度梯度对激光熔覆层裂纹产生的影响

为了减少激光熔覆技术中因温度梯度大而产生的熔覆层裂纹，在激光熔覆过程中采用预热基体的方法来减小温度梯度。采用ANSYS软件建立45#钢基材上激光熔覆镍基金属粉末的多道搭接温度场有限元模型，通过热电偶测温验证模型的可靠性，利用建立的有限元模型分析熔覆层在熔覆过程中熔覆层边缘的温度梯度变化规律以及基材预热温度对熔覆层温度梯度的影响。结果表明，最大温度梯度位于熔覆层与基体结合界面的边缘，使得此处成为金属熔池凝固的极端条件，导致此处极易产生裂纹；在基材预热为200℃时，可以显著降低熔覆层凝固过程中的温度梯度，温度梯度的降低越明显，越能有效地抑制裂纹产生。通过模拟与实验的结合为实际激光熔覆制造提供了切实可行的参考依据。     

NiCrSiB合金高功率激光送粉熔覆裂纹形成的敏感因素

用 4 5k W高功率激光器对 Ni Cr Si B合金在送粉激光熔覆下裂纹形成的材料成分、熔覆工艺、微观组织等因素进行研究。实验表明 ,裂纹是由于熔覆层中大量的多种硬质相以及硬质相的不良分布形态所造成的高脆性 ,难以承受熔覆过程产生的较大拉应力所致。解决激光熔覆层裂纹问题的主要方向应是从工艺上降低熔覆过程的残余拉应力 ,同时从成分搭配和快速凝固特性上使得 Ni Cr Si B熔覆层微观组织中的硬质强化相细小均匀地弥散析出 ,保证熔覆层的高强度和高塑性     

Ti对Fe-C合金表面激光熔覆复合材料层组织和性能的影响

往Fe-C-Si-B激光熔覆专用合金粉末中加入Ti粉,结果表明,加Ti粉后熔覆层与基体润湿性非常好,并且裂纹倾向大大减少.控制Ti的加入量,可以获得组织均匀的细化的过共晶、共晶和亚共晶熔覆层,整个熔覆层弥散、均匀分布着大量硬颗粒,而硬颗粒的数量、尺寸及形状随Ti元素加入量的不同而有所改变,熔覆层显微硬度分布也非常均匀.     

45kW高功率CO_2激光熔覆过程中裂纹行为的实验研究

对Ｓｔｅｌｌｉｔｅ合金和ＮＩＣｒＳｉＢ合金在高功率激光熔覆下的裂纹现象和行为进行了实验研究。表明Ｓｔｅｌｌｉｔｅ合金对裂纹不敏感,能获得表面光洁、内部致密、无缺陷的熔覆层。ＮｉＣｒＳｉＢ合金对裂纹非常敏感,往往出现大量横向宏观裂纹。ＮＩＣｒＳｉＢ合金的裂纹主要起源于熔覆层与基体的交界面,裂纹通常向熔覆层扩展而穿过整个熔覆,多道搭接时,裂纹会向前道和后道横向传递。裂纹属冷裂纹范畴。裂纹的产生和行为是由熔覆层凝固过程中产生的应力（应变）与熔覆材料的强度和塑性之间的动态相互作用所决定的,并与熔覆材料自身的物理特性以及凝固特性和凝固组织有关。     

激光熔覆钴基合金与碳化钒的功能梯度层

采用光纤激光器和同轴送粉系统在SUS304不锈钢表面制备出钴基合金(Stellite-6)与碳化钒(VC)混合粉末的激光熔覆层。试验中分别采用每层成分不变的多层熔覆工艺(普通熔覆工艺)和每层成分变化的功能梯度熔覆工艺,对比研究了两种熔覆工艺方法的熔覆层裂纹敏感性、组织特征和性能。结果表明,功能梯度熔覆层与普通熔覆层相比较,在成分、组织和性能基本相同的情况下,裂纹敏感性低,能有效地防止裂纹出现;另外,Stellite-6与VC混合合金粉末熔覆层的显微组织根据VC含量的不同,可以分为亚共晶组织和过共晶组织。     

变功率激光熔覆镍基涂层裂纹特性研究

为解决航空发动机热端叶片的高损耗现状,提高叶片的表面性能以延长服役寿命,通过对镍基高温合金K417G表面进行变参数激光熔覆制备GH3536涂层,并通过光学显微镜、扫描电子显微镜、XRD衍射仪等仪器对熔覆层的宏观微观形貌进行观察并结合EDS能谱仪元素分布及偏析结果综合检测结果研究激光功率变化带来的熔覆层的成型质量以及性能影响。分析了熔覆层表面区域以及和基体结合区的裂纹缺陷程度以及缺陷形成原因,并通过对比激光功率变化带来的元素偏析影响与裂纹分布的关系,达到工艺参数优化的目的。熔覆层与基材结合界面呈波浪状,且于一定范围内,随着激光功率提升,熔覆层与基体组织交界区域的裂纹明显减少。熔覆层中元素偏析情况,随激光功率降低愈发明显以及伴随晶枝组织的生长方向偏转现象。     

激光熔覆层结晶方向对覆层裂纹方向和开裂敏感性的影响

通过调整激光熔覆铁基合金粉末的成分，发现熔覆层裂纹方向和开裂敏感性将随其成分的变化而变化。具体表现为：随着熔覆铁基合金粉末中Ｎｉ含量的增加，裂纹方向与激光扫描方向的夹角减小，直至裂纹消失。其原因是随Ｎｉ含量的变化，覆层搭接区结晶方向发生了改变。由此提出了通过控制结晶方向来达到减少熔覆层开裂敏感性的方法。     

激光熔覆复合涂层WC对裂纹产生机理影响研究

为了研究复合涂层中碳化钨(WC)组织演变对裂纹产生的影响机理, 采用单层激光熔覆、过渡层梯度熔覆与双层熔覆制备3种Ni50A/WC复合涂层对比的方法, 分析涂层的形貌与组织、裂纹产生特点以及原因, 探究WC的组织演变对裂纹产生的影响。结果表明, 不同熔覆方法的WC组织演变对裂纹产生的影响主要由残余WC颗粒内部开裂形成裂纹源、硬质相元素引起成分偏析等作用组成; 双层熔覆、梯度熔覆涂层与单层熔覆涂层相比, 由于粉末吸收了更多的能量, 残余WC颗粒含量降低了32.7%与37.9%, 减少了涂层内部裂纹源; 共晶化合物的W元素质量分数也从单层熔覆涂层的0.534分别下降到双层熔覆涂层的0.417与梯度熔覆涂层的0.386, 降低了硬质相元素集中程度, 减少了涂层成分偏析, 降低了涂层开裂敏感性。该研究对改善激光熔覆复合涂层的开裂问题、提高复合涂层的成品率有一定的指导意义。     

激光熔覆组织对其开裂敏感性的影响

通过改变激光熔覆铁基合金粉末的成分，发现通过调整熔覆层成分，以获得非共晶组织，是减少激光熔覆层开裂敏感性的一种有效方法。     

改善激光熔覆镍基合金和陶瓷硬质相复合涂层性能的研究

激光熔覆镍基合金和陶瓷硬质相（WC）复合涂层过程中存在的问题是容易形成缺陷和开裂。通过调整WC的比例和分布,合理的工艺参数,增设韧性良好的过渡层,并加入微量混合稀土氧化物,对发生马氏体相变硬化的热影响区进行激光回火处理等,以获得无裂纹缺陷,金相组织均匀,并具有硬度平滑过渡的优质熔覆层。     

K418合金叶片激光再制造Inconel718覆层匹配与强化

为了解决K418合金叶片再制造熔覆层易开裂、结合界面处力学性能较差等难题，采用具有输入可调控、热输入可控制以及降低熔池及热影响区温度等优势的脉冲激光，得出在工艺参量为激光功率2.5kW、送粉速率37.5g/min、扫描速率8mm/s，载气气流3L/min下，K418基体与Inconel718熔覆层之间能够形成良好的冶金结合。结果表明，熔覆层显微组织依次由界面处平面晶、底部胞状晶、中部树枝晶及顶部等轴晶组成；经过对比优化下的工艺参量，获得了成形质量良好且无明显裂纹、气孔等缺陷的Inconel718熔覆层；通过基体与覆层的硬度测试，覆层整体硬度值在300HV左右且分布较为均匀，基体平均硬度在400HV以上、结合界面处硬度值为460.46HV，相对于基体提升了12%；物相形分析表明，Inconel718熔覆层与基体K418性能匹配较好，激光再制造凝固成形时经历了L→γ→(γ+MC)→(γ+laves)的凝固过程，脉冲激光的热输入对基体K418合金热影响区完成了γ′相的固溶再析出过程，界面处沿晶界析出少量的二次析出相laves相和MC相对熔覆层及界面处晶界起到钉扎晶界、阻碍滑移的强化作用。试验相关工艺及参量为K418叶片激光再制造提供了借鉴和分析。     

多冲载荷下激光熔覆涂层裂纹机理分析

为了研究激光熔覆涂层在小能量多冲载荷下抗裂性能,进行了激光熔覆涂层在小能量多冲载荷下作用的多冲试验,结果显示激光熔覆涂层出现裂纹损伤失效现象,裂纹形式的特征有明显差异,表现为横断裂纹和边缘裂纹.根据裂纹的不同特征,进行了裂纹形成的理论分析,其结论在实验中得到了验证.