激光熔覆金属陶瓷复合合金层的组织与性能研究

介绍了用大功率CO2激光束在45#钢表面进行的金属陶瓷复合合金TiC-WC-Co的熔覆处理,对熔覆样品的显微组织和性能进行了测试和分析,同时对熔覆层形成的机理作了初步讨论.     

γ-TiAl合金Ni-Cr-C-CaF2复合材料激光熔覆

以Ni-Cr-C-CaF2复合合金粉末为原料,采用激光熔覆技术,在γ-TiAl合金基体表面制备出高温自润滑耐磨复合材料涂层.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等手段对所制备复合材料涂层的显微组织进行了分析.结果表明,该复合材料涂层由初生的短棒状或树枝状TiC和次生的块状Al4C3碳化物增强相以及细小、弥散、球状分布的CaF2固体润滑颗粒均匀分布在塑韧性良好的NiCrAlTi(γ)固溶体基体中,其平均显微硬度约为HV 650,是基体TiAl合金的2倍.     

TA2表面激光气体氮化组织结构和耐蚀性研究

采用DL-HL-T型5 kW CO2快速横流激光器对TA2钛合金进行了激光气体氮化处理。利用体视显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射和能谱分析对TA2激光气体氮化层进行表面形貌、微观组织和相组成的分析;利用显微硬度计和纳米力学探针对氮化区域的显微硬度及氮化层硬度的均匀性进行了测试;利用M283恒电位仪与M352测试分析软件对氮化层进行耐蚀性测试与分析。研究结果表明,经过激光表面氮化处理,在TA2表面生成了以TiN为增强相的氮化区域。该区域由氮化层、热影响区和基体3部分构成,氮化层组织主要由TiN和α-′Ti组成,厚大约30μm,硬度比较均匀;热影响区主要由细小的针状α-′Ti构成。TA2激光气体氮化提高了基体的耐均匀腐蚀和局部腐蚀的性能。     

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.     

γ-TiAl金属间化合物合金激光表面合金化制备Al_2O_3/TiAl耐磨复合材料涂层研究

以镍包Ａｌ_２Ｏ_３粉末为原料对γ－ＴｉＡｌ金属间化合物合金进行激光表面合金化,制得无裂纹、表面光滑、内部组织致密、厚度可达１．０ｍｍ、以快速凝固Ａｌ_２Ｏ_３硬质相为增强相的“原位”耐磨复合材料合金层,通过预热及缓冷可以消除涂层开裂现象。涂层与基体的结合为完全冶金结合,激光表面合金化后ＴｉＡｌ合金硬度及在滑动磨损及磨料磨损条件下耐磨性均大幅度提高。     

718塑料模具钢激光合金化与氮化组织性能的比较

在718钢表面进行了超细碳化钨(WC)激光合金化的实验,利用金相显微镜、维氏硬度计等设备检测了合金化层的组织和性能.通过与氮化试样的比较,表明激光合金化可以得到晶粒细化,深度大,硬度高,与基体结合牢固的表面强化层.塑料注射成型模具大量使用718钢作为型芯、型腔等零部件的成型材料.上述成型零部件在磨损、侵蚀和注塑压力的共...     

Fe_xCoCrAlCu/Q235激光合金化层组织及性能研究

采用激光合金化法在Q235钢表面制备FexCoCrAlCu(x=0,0.5,1,2)高熵合金涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和显微硬度计对激光合金化层的相结构、显微组织、化学成分和硬度进行分析。结果表明,不同Fe含量的FexCoCrAlCu/Q235高熵合金化涂层均为具有简单体心立方(BCC)结构的固溶体,合金化层与基体间呈良好的冶金结合,显微组织为典型的枝晶组织,固溶体组织中出现了成分偏析现象。激光合金化层的显微硬度远高于基材Q235钢,且随着Fe主元含量的增加,涂层显微硬度呈下降趋势。FexCoCrAlCu/Q235激光高熵合金化层由表面至基材体系的混合熵呈高熵-中熵-低熵梯度变化。     

TiAl合金的激光气相氮化

使用激光气相合金化方法，氮气气氛下在铝钛合金表面进行氮化处理。结果发现：氮化层由ＴｉＮ和ＴｉＡｌ相构成，ＴｉＮ以枝晶形式在氮化层均匀分布。材料横截面显微硬度连续变化。氮化程度随作用时间的增加而增加，辐照的激光能量密度越高，氮化层的厚度越大。当激光功率密度、扫描速度、氮气喷射压强分别为３．３５×１０５Ｗ·ｃｍ－２，３００ｍｍ·ｍｉｎ－１，０．３５ＭＰａ时，表面显微硬度为ＨＶ７００，氮化层的厚度达到２００μｍ。比较表明，相同条件时，铝钛合金的氮化程度和氮化层厚度均小于金属钛。     

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.     

送粉激光熔覆WC陶瓷层的高温组织与性能

实验研究了Co基自熔合金、Ni基自熔合金+WC、Co基自熔合金+WC激光熔覆层在不同温度下的显微组织和各种化合物的硬度,结果表明三种材料在相同激光熔覆工艺参数下获得的熔覆层的高温显微组织、性能存在很大的差异,Ni基自熔合金+WC在700℃时硬度开始显著降低且显微组织发生很大变化,而Co基自熔合金和Co基自熔合金+WC在700℃时才开始发生变化且变化幅度较小。同时证明WC在加热过程中硬度没有显著降低。实验结果对获得具有抗高温粘着磨损的激光熔覆层有重要的理论和实际意义。     

Ti6A14V合金的激光气体氮化

采用高功率连续波Nd-YAG激光在Ti6A14V合金表面进行激光气体氮化,获得了均匀致密、无孔洞裂纹等缺陷的氮化钛改性层。用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计及磨损试验机研究了气体氮化层的组织特征和摩擦磨损行为。结果表明：反应生成的细密TiN枝晶密度由表及里呈梯度分布,激光氮化层的硬度可达Hv0.2 1500,气体氮化层明显改善了Ti6A14V合金的磨损性能,提高2.8倍。     

La2O3对TiAl合金激光熔覆γ/Cr7C3/TiC 复合材料涂层组织与性能的影响

研究了添加不同含量稀土氧化物La2O3对TiAl合金预涂NiCr-Cr3C2混合粉末激光熔覆复合材料涂层组织、耐磨性及抗氧化性能的影响，分析了La2O3的作用机理。结果表明，激光熔覆涂层的组织主要由大量较规则初生块状Cr2C3，细小粒状或树枝状TiC以及γ／Cr2C3共晶组成；随着La2O3的加入，初生相明显细化、球化，共晶组织数量增多，适当的(质量分数4％）La2O3的添加能提高涂层的硬度、韧性和耐磨性，并改善其抗氧化性能。这主要是由于稀土元素对显微组织的细化和涂层的净化作用，显微组织的细化提高了涂层的强度、韧性和硬度，而涂层的净化可以降低其夹杂物的含量，进而提高氧化膜的致密性和附着性，这些都有利于提高其耐磨性和抗氧化性。     

激光冲击强化对K4030合金叶片疲劳性能的影响

为研究激光冲击强化对K4030合金叶片疲劳性能的影响,对K4030合金片进行了激光冲击强化,并对强化后的试样进行了表面粗糙度、残余应力、微观组织和显微硬度测试,对叶片进行了复合疲劳试验。测试结果表明,冲击强化前后试样的表面粗糙度没有明显变化;试样在距离材料表面1 mm的深度内产生大于450 MPa的残余压应力;试样冲击强化区内晶界处的晶粒得到了细化;试样在距离表面0.8 mm深度内的显微硬度得到了提高,且表面的显微硬度提高了16%。疲劳试验结果表明,激光冲击强化可显著提高K4030合金叶片的复合疲劳安全寿命。     

锰青铜表面激光熔覆镍基合金的微观组织

用Rofin-Sinar CW025 YAG激光设备,采用同步送粉的方式进行自熔性Ni-Cr-B-Si合金粉末的激光熔覆,获得了无气孔和裂纹缺陷的熔覆层.借助扫描电子显微镜(SEM,LEO 1450)、能谱仪(EDS),X射线衍射(XRD)对激光熔覆层进行组织、成分及物相分析.研究结果表明,激光熔覆层与C86300铜合金基体实现了良好的冶金结合,激光熔覆层组织主要是γNi,Cr7C3,Ni2B,Ni3B以及少量CrB2和Cr3Si,并且实现了主要元素(Cr,Fe,Ni,Cu和Zn)从基体到熔覆层的梯度分布.     

AM50镁合金表面激光熔凝层的组织与耐蚀性能

采用CO2连续激光对AM50镁合金表面进行熔凝处理。利用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)等手段对熔凝层的组织与成分进行了分析,通过在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的电化学极化曲线测试和浸泡实验对激光熔凝层的耐蚀性能进行了检测。激光熔凝处理使镁合金的组织得到高度细化,组织与成分分布更加均匀,β相减少,Al及杂质元素的固溶度增加。极化曲线测试结果表明,激光熔凝表面的腐蚀电位较未处理试样提高了37mV,阳极腐蚀电流密度约降低了一个数量级;浸泡实验结果显示,激光熔凝表面腐蚀坑的出现时间和扩展速率明显慢于未处理试样,激光熔凝处理使镁合金的耐蚀性能有了明显提高。     

AZ91镁合金激光表面熔凝处理的微观组织变化

为了研究激光处理后镁合金表面组织的变化,采用CO2激光对AZ91镁合金表面以氦气作为保护气体的条件下进行处理,对处理过的试样用光学显微镜进行观察,并用显微硬度计测量其截面的显微硬度值,取得了试样表面和截面的组织照片和沿截面的硬度分布曲线。结果表明,激光处理过的镁合金表面与未经处理的镁合金表面相比晶粒得到了明显的细化,且随着激光扫描速度的降低,晶粒更细,而熔凝层的深度随着速度的增加而减小,同时在细化后的晶粒的晶界上的β相基本上消失,对其截面进行的显微硬度的测量结果显示其硬度相对未处理的试样有明显的提高,且晶粒越小显微硬度值越高,符合Hall-Petch公式。     

激光重熔镍基合金火焰喷焊层组织及性能

利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析不同激光工艺参数重熔后的Ni基合金火焰喷焊层及其经不同温度回火处理的显微组织和相组成,并进行了显微硬度和耐磨性测定.试验结果表明,重熔喷焊层的组织主要由γ-(Ni,Fe)固溶体和Cr23C6,Cr7C3,Cr2B,Cr2B,Fe3B,Fe2B等组成,与火焰喷焊层相比,显微组织得到进一步细化,硬度和耐磨性都有较大幅度的提高.在相同工艺条件下,激光扫描速度愈快,显微组织愈敛密、细小,硬度和耐磨性愈好,但重熔喷焊层的熔深较浅;不同激光工艺参数的重熔喷焊层,经不同温度回火后,硬度都得到了进一步的提高;扫描速眨为360 mm/min,经600 C×3 h回火后的重熔喷焊层硬度相比为最高.采用合适的激光重熔处理工艺及随后的热处理,或使Ni基合金火焰喷焊层进一步强化,使用性能得到进一步改善.     

激光熔化沉积γ/NiMo近共晶合金的组织与耐磨性

以Ni-Mo合金粉末为原料,利用激光熔化沉积技术制备出主要由高硬度NiMo金属间化合物和高强韧性镍基固溶体γ组成的γ/NiMo近共晶合金,分析了合金的显微组织并在室温干滑动磨损条件下测试了合金的耐磨性。结果表明,γ/NiMo近共晶合金组织细小、均匀致密;由于NiMo金属间化合物的高硬度与γ的高强韧性配合,合金在两种滑动速度时的磨损量均较低且几乎不随法向载荷的增加而变化,表现出优异的磨损载荷特性,而摩擦系数随法向载荷的增加显著降低,特别是在较高滑动速度时合金反而具有较低的磨损量和摩擦系数。合金在滑动速度0.93 m/s,法向载荷196 N时的磨损量仅为相同条件下淬火45#钢磨损量的1/10。     

NiTi合金激光气体氮化对其生物活性的影响

NiTi形状记忆合金(NiTi SMA)广泛应用于医学领域。采用高功率连续波固体Nd:YAG激光进行氮化表面改性处理，选择适当的激光辐照工艺参数，在置于N2反应室中的NiTi形状记忆合金表面制备激光氮化改性层。改性层表面被厚度为1～2 μm的TiN陶瓷层封闭，涂层内部TiN增强相成梯度分布。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量损失谱(EDX)、X射线衍射(XRD)仪及模拟人体体液浸泡实验对改性层的组织形貌、成分、结构及生物活性进行分析评价。结果表明，改性层表面Ni含量极低，与基体NiTi合金存在良好的冶金结合，界面处成分均匀过渡。在模拟人体体液SBF溶液中沉积实验结果表明，NiTi合金经激光氮化改性处理后，改性层诱导Ca,P沉积物形成能力明显增强，说明激光氮化改性有效地改善了NiTi形状记忆合金作为医用植入材料使用的生物相容性。