铸铁表面激光熔覆铁基合金涂层的组织性能研究

为解决铸铁表面熔覆铁基合金熔覆层耐腐蚀性能不足,限制其应用场合的问题。采用大功率半导体光纤耦合激光器在灰铸铁平板上制备四种镍含量不同的铁基合金粉末熔覆层,利用光学显微镜、数显维氏硬度计,WTM 2E微型摩擦磨损试验仪及盐雾腐蚀箱等仪器对熔覆层金相显微组织、硬度、耐磨损和耐腐蚀性能进行检测。结果表明,四种铁基合金粉末熔覆层晶粒尺寸依次增大,晶粒数目减小,熔覆层硬度及耐磨性能降低,耐腐蚀性能提高。C铁基合金粉末熔覆层平均硬度550 HV0.3,相对于基材提高了3倍以上,耐磨性相对于基材提高了4倍,48 h腐蚀试验,较铁基合金熔覆层耐腐蚀性能显著增强,综合性能满足更多实际需求。本研究降低了铸铁件的修复成本,拓展了铁基合金修复铸铁件的应用范围,对工程实践具有重要指导意义。     

TiO2对铁基合金激光熔覆层组织和性能的影响

在 4 5 #钢基底上进行了铁基合金和铁基合金加TiO2 的激光熔覆对比实验。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 ,并测试了熔覆层横断面的硬度分布和熔覆层的摩擦磨损性能。结果表明 ,在一定的工艺条件下 ,添加适量的TiO2 ,可以获得成形良好、无裂纹、组织致密均匀、耐磨性好的高质量铁基激光熔覆层。适量的TiO2 可使涂层共晶体数目增多且分布均匀 ,组织细化 ,裂纹消失 ,在降低涂层裂纹敏感性的同时仍保持涂层的硬度和耐磨性不降低。TiO2 对铁基熔覆层性能改善的原因是 :适量TiO2 的加入 ,在涂层中可形成Cr13Fe35Ni13Ti7金属间化合物 ,熔覆层组织由亚共晶组织转变为性能较好的伪共晶组织 ,且由于高熔点的Ti硼化物的析出 ,提高了形核率 ,使组织颗粒细化、均匀。     

TiO2对45#钢表面激光熔覆镍基合金的影响

采用激光熔覆技术 ,在 4 5 # 钢表面进行了镍基合金粉末添加TiO2 的熔覆试验。通过对激光熔覆工艺参数及TiO2 含量的优选可以获得质量良好的熔覆层。对激光熔覆层横断面进行了显微硬度测量和显微组织分析 ,对熔覆层表面进行了X射线衍射 (XRD)物相分析及摩擦学性能测试。试验表明 ,当TiO2 含量 3wt . %～ 4wt . % ,激光功率 1 8kW ,扫描速度 2～ 4mm/s时 ,可以获得无裂纹、无气孔且与基底呈冶金结合的质量良好的熔覆层。TiO2 能够提高镍基合金熔覆层的韧性、耐磨性 ,细化熔覆层的组织 ,降低熔覆层的裂纹敏感性。TiO2 对G112镍基合金激光熔覆层的改善归因于TiO2 对熔覆层组织的均匀细化、对粗大针状脆性硬质相的抑制以及对韧性相成分的提高作用     

铁基合金粉末激光熔覆的显微硬度分析

本文用前期实验选出的最佳工艺参数及熔覆层数,通过两种铁基合金粉末对45号钢,按同步供料法进行激光熔覆实验;对最佳工艺参数及熔覆层数时的熔覆层的显微硬度进行分析.     

铁基合金粉末的激光熔覆性能实验研究

通过用配置的铁基合金粉末针对不同的基体材料的多次激光熔覆实验,得出熔覆层硬度因熔池的快速冷却得到极大提高.分析显示熔覆层组织主要为富C、B、Si的树枝晶和Fe-Cr马氏体组织.相变体积的膨胀可抵消部分热收缩应变,可得到大面积高硬度无裂纹涂层.随试件体积和热容的增大,熔池冷却速度加快,一次性枝晶减少,马氏体的过饱和度增大,涂层硬度进一步提高.耐磨对比试验证明,铁基合金熔覆层和Cr12淬火基体相比,耐磨性有较大提高.     

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.     

氧化锆增韧机制在激光熔覆技术中的应用

陶瓷粉末氧化锆在激光熔覆技术中的主要增韧机制有相变增韧和弥散增韧,将其作为增韧相以适当的比例添加到钴基合金粉末(Stellite-6)中,选择合适的工艺参数,在钛合金TA15表面制备出了掺杂5%(质量分数)氧化锆的钴基合金涂层。实验结果表明:含有氧化锆的钴基合金涂层的晶粒得到细化,组织均匀分布,涂层的致密度得到提高;含有氧化锆熔覆层中的裂纹得到了修复,熔覆层的组织性能得到改善,X射线衍射的分析也证实了熔覆层中存在单斜相的氧化锆,即发生了相变增韧;同时氧化锆的加入提高了熔覆层的显微硬度和耐磨性,从而为改善激光熔覆层的性能提供了一定的参考。     

强化核阀密封面的NOREM02激光熔覆层性能研究

选用无钴NOREM02铁基粉末在不锈钢基体上进行激光熔覆。对在不同工艺参数下熔覆层形貌、微观组织及显微硬度进行观察和测试,并进行了物相分析。采用静态浸泡法对NOREM02铁基激光熔覆层的耐腐性进行研究,并与Stellite6钴基熔覆层和不锈钢基体对比。结果表明:NOREM02铁基粉末在优化的激光熔覆工艺参数下,可获得表面连续光滑,宽度和厚度均匀的熔覆层。该熔覆层组织致密,晶粒细小,结合区牢固,显微硬度600 HV0.5以上,具有强韧两相组成(奥氏体和M7C3)的微观特征。在10%H2SO4和10%NaC l溶液中铁基熔覆层抗腐蚀性能接近钴基熔覆层。     

WC对激光熔覆热作模具的组织和磨损性能的影响

以WC为强化相颗粒,在AISI H13热作模具钢表面制备了纯铁基合金熔覆层和WC质量分数为3%、6%、9%铁基合金熔覆层。在优化工艺参数的基础上,研究了熔覆层中的WC分布以及熔覆层的组织形貌、物相和磨损行为。结果表明:熔覆层与基体之间形成了良好的冶金结合,熔覆层组织主要由枝晶和共晶组成;加入WC颗粒后,其周围区域出现了组织细化现象;熔覆层因硬质相而获得了更高的硬度,且其耐磨损性能相比于基体有明显提升;当WC质量分数为3%、6%、9%时,熔覆层的硬度和耐磨性能比铁基熔覆层有较大提升;熔覆层的磨损机制主要为磨粒磨损,并伴有不同程度的黏着磨损;随着WC质量分数的增大,熔覆层的氧化磨损程度逐渐加深。     

钒氮合金对激光熔覆钴基合金涂层组织和耐磨性的影响

利用5 kW CO2连续激光,在低碳钢表面熔覆钴基合金和添加钒氮合金的钴基合金涂层.采用光学显微镜(OP)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)研究了熔覆层的显微组织和相结构;利用显微硬度计及滑动磨损试验机测试了熔覆层的硬度和抗磨损性能.结果表明,Co基合金涂层主要组成相为γ-Co与碳化物Cr23C6;加入钒氮合金后,出现了σ-FeV和VN等相,涂层凝固组织明显细化,熔覆层硬度提高,凡界面处硬度均比表层高;熔覆层的耐磨性随钒氮合金的加入及激光扫描速度的增加而提高,同时对熔覆层的磨损机制进行了分析.     

铝添加剂对激光熔覆硬质合金涂层质量的影响

采用高功率激光,在高速钢表面熔覆硬质合金涂层的过程中,由于工艺参数、设备性能和熔覆粉末等原因,会引起熔覆层产生各种缺陷或不足。其中,粉末在熔池的流动性,直接影响熔覆层表面形貌;另外,在熔覆过程中氧的存在会直接导致熔覆层表面气孔产生。通过试验分析可知:在熔覆粉末中加入适量的铝添加剂会有效增加粉末在熔池中的流动性,同时,Al和O结合生成Al2O3能有效抑制气孔,并保护熔覆层表面,且不降低硬度。实验显示,当在YG12中加入质量分数为1%的Al粉时,熔覆层硬度较高,且比能量合适。     

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。     

激光熔覆技术应用于轴类零件表面修复的实验研究

本文通过两种铁基合金粉末对45号钢调质态棒料,用宽带(矩形光斑)激光光束,以不同的工艺参数,按同步供料法分别进行激光熔覆修复实验;并对实验结果进行分析比较,选出最佳工艺参数及熔覆层数;研究熔覆层和基材的冶金结合程度;分析在一定送粉率下,激光熔覆工艺参数的改变,熔覆层质量和显微组织变化情况;使之为工业应用奠定基础.     

纳米CeO2对激光熔覆Ni基合金层组织与性能的影响

为了研究纳米CeO2颗粒对激光熔覆层的组织和性能的影响,在Q235钢基体上制备了加入不同量纳米CeO2的Ni基合金熔覆层,利用OLMPUS PME-3型光学显微镜,XD-3A型X射线衍射仪,HV-1000型显微硬度计,MM-200型环-块磨损试验机和扫描电镜等对激光熔覆层显微组织、相结构、显微硬度、磨损性能和磨损机理进行了研究。结果表明,在激光熔覆层中添加纳米CeO2能够细化组织,改变凝固组织的形态。当加入质量分数为1.5%的纳米CeO2时,熔覆层凝固组织形态为等轴树枝晶;生成了含Ce的新相Ce2Ni21B6,明显提高了熔覆层的显微硬度和耐磨性;熔覆层磨损由严重磨损转化为轻微磨损。但是加入过量的纳米CeO2,硬度反而降低。     

半导体激光熔覆高硬度铁基合金的耐磨性能研究

利用2kW半导体激光器和同轴送粉装置在40Cr表面进行激光熔覆铁基合金,解决易于失效的问题.通过光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机等对熔覆层的微观形貌、物相、显微硬度和摩擦磨损性能进行分析测试.结果表明,激光熔覆铁基合金的显微硬度提高2倍左右,平均摩擦系数和磨损量分别为基体的44%和35%.激光熔覆层中的晶粒细化和金属间化合物的形成对性能的提高起到重要作用.     

MgO对镍基碳化钨金属陶瓷激光熔覆层组织和耐磨性的影响

采用G112+镍包碳化钨复合合金粉末在45＃钢基材表面进行激光熔覆。对比研究了添加不同含量MgO在不同激光功率条件下对激光熔覆层的宏观形貌、显微组织、硬度分布及摩擦学性能的影响。实验表明:适量MgO的加入能使镍基碳化钨金属陶瓷熔覆层中的裂纹大为减少甚至消失,熔覆层组织得到细化。在同样的摩擦条件下,掺入0.15％MgO的激光熔覆层的摩擦系数与未掺入MgO的摩擦系数相比,随时间的变化量很小。MgO添加剂具有减摩抗磨作用。     

ER9车轮材料激光熔覆层微观组织及性能研究

为提高ER9车轮材料的表面强度和耐蚀耐磨性，延长车轮的服役寿命，本团队选择在激光熔覆中应用最广泛的铁基、镍基和钴基三种自熔性合金粉末为熔覆材料，在ER9车轮钢表面进行激光熔覆试验。通过相关试验评价熔覆层的微观组织、力学性能、摩擦磨损性能和耐蚀性。结果表明：车轮钢表面激光熔覆层的显微组织均为枝晶组织和共晶组织，且组织致密均匀，与基体实现了良好的冶金结合。熔覆层的硬度显著提升，镍基合金熔覆层具有良好的拉伸强度和冲击韧性，断口呈韧性断裂特征；钴基和铁基合金熔覆层的断裂方式为脆性断裂，力学性能差异不明显。相较于基体，熔覆层具有较低的摩擦因数、磨损率与更优的耐蚀性，其中钴基合金熔覆层的硬度较高（显微硬度相比基体提高了72.8%），耐磨性最优（摩擦因数为0.31，磨损量为4 mg和磨痕深度为10.70μm），耐蚀性最好（阻抗值比基体高2个数量级）。镍基熔覆层磨损面较为粗糙且磨损率较大，减磨效果不佳，硬度和强度较弱；尽管相比铁基涂层，钴基涂层的耐磨性和耐蚀性显示出了一定优势，但前者的工程成本较低，综合效果更好。     

激光熔覆Fe-Cr-Mo-Si合金涂层的组织与摩擦磨损性能

利用3 kW光纤同轴激光熔覆设备将Fe-Cr-Mo-Si合金粉末熔覆到Q235钢表面,制备出了耐磨的铁基合金熔覆层,通过金相显微镜、维氏硬度计和摩擦磨损试验机等设备研究了Fe-Cr-Mo-Si熔覆层的显微组织、硬度及摩擦磨损行为.结果 发现:Fe-Cr-Mo-Si熔覆层的显微组织均匀致密,且无气孔、裂纹等缺陷;熔覆层主要由树枝晶组成,熔覆层/Q235钢结合面处形成了细小的平面晶组织,熔覆层与基体实现了良好的冶金结合;熔覆层的平均硬度为642.2 HV,约为基体硬度的4倍;当载荷为50N时,熔覆层和基体试样的平均摩擦因数分别是0.621和0.512,熔覆层的磨损量仅为基体的14.6％;摩擦因数随载荷的增加而减小,磨损轮廓尺寸随载荷的增加而增大;熔覆层的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损,而基体的磨损机制以黏着磨损和疲劳剥落磨损为主.试验结果表明,在Q235钢表面激光熔覆Fe-Cr-Mo-Si合金粉末能够显著提高材料的耐磨性能.     

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。     

Mo对高硬度镍基合金激光熔覆层组织和耐磨性的影响

采用激光熔覆技术, 在45#钢表面进行了镍基合金粉末添加Mo的熔覆试验,通过对激光熔覆工艺参数及Mo含量的优选,获得了成形良好、无裂纹、组织致密的熔覆层。对熔覆层横断面进行了显微硬度测量和显微组织分析,对各种Mo含量的熔覆层试样进行了摩擦磨损试验。结构表明:Mo能够提高高硬度镍基合金激光熔覆层的韧性、耐磨性,细化熔覆层的组织,降低熔覆层的裂纹敏感性。Mo对Ni60镍基合金激光熔覆层的改善归因于Mo对熔覆层组织的均匀细化、对粗大针状脆性硬质相的抑制以及对韧性相成分的提高作用。