H13钢的铁基和钴基熔覆层组织与耐磨性

采用激光熔覆技术在AISI H13 热作模具钢表面分别制备了铁基熔覆层、钴基熔覆层. 借助金相显微镜、扫描电镜、洛氏硬度计和高温摩擦磨损试验机,对比分析了两种熔覆层的组织形貌、硬度和耐磨性. 采用马弗炉进行加热600 ℃,保温1 h,反复4 次,并测得红硬性硬度. 结果表明,基材、铁基、钴基熔覆层硬度分别为HRC 47,HRC 52,HRC 48. 基材和铁基熔覆层的红硬性硬度有所下降,而钴基熔覆层的红硬性硬度提升. 钴基熔覆层磨损失重量和摩擦系数皆最小. 基材、铁基熔覆层、钴基熔覆层的磨损机理分别是以磨粒磨损、粘着磨损以及粘着磨损和磨粒磨损为主.     

B4C对激光熔覆钴基合金涂层组织与耐磨性的影响

运用5kWcO2连续激光器在低碳钢表面激光熔覆Co基合金涂层(C065)及Co基合金中添加20％B4C(体积分数)的复合涂层(B4C／Co),研究了B4C对熔覆层组织、显微硬度及耐磨性的影响。结果表明,两种熔覆涂层均为树状枝晶生长的亚共晶组织。C055涂层主要由大量初生枝晶γ固溶体及其间的共晶组织1与(Cr,Fe)7C3组成;B4C／Co涂层主要由γ-Co,Cr7C3,Cr23c6,CrB2和Fe23(C,B)6组成,添加的B4C粒子在熔覆过程中全部熔解,但B4C／Co涂层组织与C055相比明显细化。B4C／Co涂层的显微硬度及耐磨性比Co65涂层都明显提高,并分析了涂层的强化机理。     

Microstructure and wear resistance of Fe-based and Co-based coating of AISI H13

Fe-based and Co-based cladding layers were prepared on the surface of AISI H13 hot die steel by laser cladding technology. The microstructure, hardness and abrasion resistance of the two cladding layers were studied by means of optical microscope, scanning electron microscope, rockwell hardness tester, and high temperature friction and wear tester. Also, the red hardness of the cladding layers was measured, after holding the layers at 600 ℃ for 1 hour by muffle furnace and repeated 4 times. The rockwell hardness values of the substrate, the Fe-based and the Co-based alloy coating measured were HRC 47, HRC 52 and HRC 48, respectively. The red hardness values of the substrate and the Fe-based cladding layer were decreased, while that of the Co-based cladding layer was increased. The Co-based cladding layer has the minimal wear loss weight and friction coefficient among them. The wear mechanisms of the substrate, the Fe-based layer and the Cobased layer attribute mainly to abrasive wear, adhesion wear, and both of them, respectively.     

316L不锈钢表面激光熔覆钴基合金组织及锌蚀机理

采用半导体激光器在316L不锈钢表面制备钴基合金熔覆层,对激光熔覆层的组织形貌、成分、结构及锌蚀机理进行了系统研究.结果表明,选择优化的激光辐照工艺参数,获得的钴基合金熔覆层表面平整、无裂纹、与基材呈良好的冶金结合.钴基合金熔覆层主要由γ-Co,M₂₃C₆及耐腐蚀性能优异的Laves相Co₃Mo₂Si和少量硬质耐磨相Co₆W₆C组成.在460℃熔融锌中腐蚀试验表明,钴基合金熔覆层的锌蚀机理为选择性腐蚀,熔覆层表层出现一层亮白色腐蚀过渡层,在过渡层内钴基固溶体基体优先发生腐蚀,导致Laves相剥落,从而形成了锌液对钴基合金熔覆层的进一步腐蚀.     

钼对钴基合金激光熔覆层组织与耐磨性的影响

利用激光熔覆技术在低碳钢基体表面制备了钴基合金涂层.利用金相显微镜(OP)、扫描电镜(SEM)及x射线衍射仪(XRD)等研究了不同Mo元素含量的钴基合金涂层的组织结构;通过采用显微硬度试验、滑动磨损试验等方法进行性能测试.结果表明,含5.4%Mo的合金熔覆层主要组成相为γ-Co,Cr_(23)C_6,而含28%Mo的合金涂层主要相组成为γ-Co,Cr_(23)C_6,Co_3Mo_2Si_2和NiCor等相;含5.4%Mo涂层的组织主要为柱状生长树枝晶;含28%Mo单道涂层的结合区为紊乱的粗大树枝晶,中部为向上生长的细小的树枝晶,表层为细小的等轴晶,多道搭接涂层组织为细小的等轴晶;含28%Mo涂层的显微硬度可达800 HV以上,比含5.4%Mo涂层的硬度提高了一倍;耐磨性也有不同程度的提高.

Abstract：

Co-based alloy coatings with different Mo content (5.4% and 28 % ) on the surface of low carbon steel were prepared by laser cladding. The microstructure and phases composition of the coatings were investigated by means of optical microscope (OP), scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction instrument (XRD). Microhardness and sliding wear resistance of the coatings were also tested. The results indicated that the main phases in Co-based alloy coatings with 5.4%Mo were γ-Co and Cr_(23) C_6. Another two phases of Co_3 Mo_2 Si and NiCoCr were identified in Co-based alloy coatings with 28% Mo. Directional dendrite was observed in Co-based alloy coatings with 5.4% Mo. Unidirectional dendrite at the interface, followed by fine dendrite at the central zone and equiaxed grain near top surface were found in Co-based alloy single coatings with 28% Mo, and almost all fine equiaxed grains appear in the multi-track coatings. The microhardness of Co-bascd alloy coatings with 28% Mo reaches up to 800 HV, which was 2 times of that of Co-based alloy coatings with 5.4% Mo. The sliding wear resistance was also improved.     

镍基合金表面激光熔覆钴基合金涂层的耐磨性能

为了提高涡轮叶尖端部的耐磨性能,以钴基合金粉末为涂层原材料,利用CO2激光器,在镍基合金表面上熔覆了优质耐磨涂层.采用销盘式摩擦磨损试验机进行了镍基合金及激光熔覆涂层的干摩擦磨损试验.试验结果表明,镍基合金的平均摩擦系数为0.48,钴基合金涂层的平均摩擦系数为0.30,钴基合金涂层的平均磨损量低于镍基合金材料,说明钴基合金涂层具有较高的耐磨性.     

304LN不锈钢表面激光熔覆钴基合金组织和性能

为了提高304LN不锈钢的耐磨性,延长控制棒导向筒组件使用寿命,采用激光熔覆技术在304LN不锈钢表面制备了Stellite 6钴基熔覆层.利用光学显微镜(OM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦磨损试验机、腐蚀试验装置等多种试验测试设备,分析了熔覆层组织形貌、成分、显微硬度、摩擦磨损性能及腐蚀行为,确定了多道多层钴基熔覆层的工艺参数.结果表明,熔覆层与基体之间形成了冶金结合,显微组织主要由平面晶区、胞状和柱状晶区、树枝晶区和等轴晶区组成.熔覆层硬度为500 ~ 550 HV,摩擦磨损系数为0.30 ~ 0.35,熔覆层均匀腐蚀速率和缝隙腐蚀速率分别为0.153 和0.143 mg/(dm2·d). 激光熔覆钴基合金可以有效提高304LN不锈钢表面的硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能.     

纳米Y2O3-Co基合金激光熔覆复合涂层的分析

采用纳米Y2O3和Co基合金粉末,并利用激光表面熔覆技术和堆焊技术在Ni基合金基体上制备了纳米Y2O3-Co基合金复合涂层.运用扫描电镜(SEM)等测试方法,研究了复合涂层的显微组织和显微硬度,通过磨损试验和腐蚀试验分析了激光熔覆涂层和单一堆焊层的耐磨性和耐蚀性.结果表明,激光熔覆层显微组织由熔合区、细等轴状枝晶区及粗枝晶区构成;激光熔覆层的显微硬度由堆焊层的512.8 HV提高到868.9HV;激光熔覆层的耐磨性提高了51.2倍,40 min磨损量由堆焊层的25.6 mg降低到激光熔覆层的0.5 mg;激光熔覆层在10%HCl、10% HNO3和10% NaOH中的耐腐蚀性均比堆焊表面有明显改善.     

42CrMo钢表面激光熔覆颗粒增强Co基涂层的组织与性能

为改进矿用截齿的耐磨性能,使用激光熔覆技术在截齿用42CrMo钢基体表面制备Co基复合涂层,并分析涂层的微观组织、硬度和耐磨性。结果表明,熔覆层形貌良好且与基体呈冶金结合。在激光作用下,WC颗粒发生溶解并与多种元素发生反应,熔覆层主要由γ-(Co, Fe)和碳化物组成。熔覆层组织呈梯度变化,过渡区组织为平面晶、枝状晶和柱状晶,熔覆区组织则为等轴枝晶和均匀分布的富W、Ti的碳化物颗粒。熔覆层平均显微硬度为995 HV,远高于基体(328 HV),同时热影响区的硬度也大幅提高。在相同的磨损条件下,熔覆层摩擦因数较低,体积磨损量仅为基体的13.5%。在摩擦过程中,弥散分布的细小碳化物颗粒逐渐凸起并起到承担载荷和抵抗磨损的作用,使熔覆层具有良好的耐磨性,磨损机制为轻微磨粒磨损。激光熔覆技术制备的颗粒增强Co基涂层,组织致密,性能良好,能显著地提高42CrMo钢的表面硬度和耐磨性。     

滑动干摩擦条件下 HVOF高铝青铜涂层的摩擦磨损性能

针对高铝青铜粉体材料的涂覆应用,采用HVOF技术制备铝青铜(Cu-14Al-X)粉体材料涂层,并与304不锈钢进行滑动干摩擦试验,结合扫描电子显微镜、能谱和电子探针等手段研究涂层的摩擦磨损性能.结果表明,在滑动干摩擦条件下,HVOF高铝青铜涂层的主要磨损形式是粘着磨损及轻微的磨粒磨损.摩擦热使涂层达到了理想粘着摩擦表面的要求,因此涂层具有十分优良的减摩性能,尤其是在高载荷条件下.HVOF高铝青铜涂层的硬度(HV)为500,该硬度保证了涂层具有较低的磨损率,属于轻微磨损.     

激光功率密度对熔覆层磨损性能的影响

采用激光熔覆技术在40Cr钢表面制备了Co基熔覆层。利用体式显微镜和显微硬度计,对熔覆层分别进行了宏观形貌观察和显微硬度测试。根据熔覆后零件的实际工作状况,有针对性地采取了滑动+滚动的摩擦方式对熔覆件进行干摩擦试验。结果表明,随着激光功率的增加,熔覆层参数(熔高、熔深、熔宽)逐渐增加;显微硬度则出现先升高而后降低的趋势;其磨损机理依次呈现氧化磨损-磨粒磨损-粘着磨损-疲劳磨损。研究发现提高零件硬度不等于提高了耐磨性。     

激光熔覆Mo2Ni3Si／NiSi金属硅化物复合材料涂层组织与耐磨性

以39Mo-35Ni-26Si(w％)合金粉末为原料，采用激光熔覆技术，在1Cr18Ni9Ti不锈钢基材表面翩得以Mo2Ni3Si金属硅化物为初生相，以Mo2Ni3Si／NiSi共晶相为基体的金属硅化物耐磨复合材料涂层。涂层的常温干滑动磨损试验结果表明，在磨损过程中，Mo2Ni3Si／NiSi共晶相轻微地优先磨损，Mo2Ni3Si金属硅化物微微凸出于磨损表面，起到抗磨的骨干作用。由于Mo2Ni3Si金属硅化物具有很高的硬度和很强的原子间键合力，在磨损过程中难于变形和粘着，激光熔覆Mo2Ni3Si／NiSi金属硅化物复合材料涂层具有优异的耐磨性，与1Cr18Ni9Ti标样相比，涂层的耐磨性提高了56倍。     

不锈钢与GFER及CFRPEEK在海水润滑下的摩擦磨损特性

为了寻找适合于低速大扭矩海水液压马达的各摩擦副之间的配对材料,分别以不锈钢(316L和9Cr18Mo)与玻纤环氧复合材料(GFER)及碳纤维增强聚醚醚酮(CFRPEEK)为摩擦副,利用MMU-5G屏显式高温材料端面摩擦磨损试验机对摩擦副在海水中接触表面的温度、摩擦因数和摩擦磨损状况进行了测试,并通过激光共聚焦显微镜对接触表面的磨损形貌进行分析。结果表明:不锈钢/GFER的摩擦因数随着时间的变化在0.3~0.4间波动且幅度较大,而不锈钢/CFRPEEK的摩擦因数随着时间的增加稳定在0.1左右;不锈钢/GFER所引起海水温升的幅度也远远高于不锈钢/CFRPEEK;不锈钢/GFER的接触表面出现了大面积的涂抹与擦伤,且磨损程度要大于不锈钢/CFRPEEK;不锈钢316L的耐腐蚀性优于9Cr18Mo。由此可知,316L/CFRPEEK较适合作为低速大扭矩海水液压马达的摩擦副材料。     

等离子熔敷TiC/γ-(Fe,Ni)复合涂层组织与耐磨性

为了提高奥氏体不锈钢的耐磨性能,扩大其应用范围,以Ti-C-Fe-Ni混合合金粉末为原料,利用等离子熔敷技术在1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢表面原位合成了TiC增强耐磨复合涂层。分析了涂层的显微组织结构,测试了涂层沿层深方向的硬度分布,评价了涂层在室温干滑动磨损试验条件下的摩擦磨损性能,结果表明:等离子熔敷TiC金属陶瓷增强复合涂层显微组织细小均匀,由花瓣状和少量颗粒状TiC初生相均匀分布在TiC/γ-(Fe,Ni)共晶基体上组成,涂层与不锈钢基材之间形成了完全冶金结合,涂层平均显微硬度约790 HV,涂层在室温干滑动磨损试验条件下表现出良好的耐磨性及较低的摩擦系数。     

17-4PH不锈钢表面激光熔覆钴基合金涂层的空蚀行为研究

采用激光熔覆方法在汽轮机叶片材料0Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)沉淀硬化不锈钢表面制备Co基合金涂层,并研究其在蒸馏水和3%NaCl溶液中的空蚀行为.用扫描电子显微镜(SEM)及能谱(EDS)分析熔覆层的显微组织及元素分布并跟踪观察空蚀后试样表面的形貌;用X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计分别检查空蚀前后熔覆...     

304不锈钢表面激光熔覆NiMoSi层的组织与性能

为改善304不锈钢的摩擦学性能,分别以A熔覆层20%Ni-48%Mo-32%Si,B熔覆层30%Ni-42%Mo-28%Si(质量分数)混合粉末为原料,在304不锈钢表面利用激光熔覆技术制备复合熔覆层,分别利用XRD、SEM和摩擦磨损试验机分析了熔覆层的物相、显微组织结构及室温下的摩擦学性能。结果表明:复合熔覆层和基体冶金结合良好,仅存在部分裂纹。Mo₅Si₃、MoSi₂是复合熔覆层的主要物相,A熔覆层显微硬度(1060.1 HV0.5)和B熔覆层显微硬度(725.9 HV0.5)均明显高于基体(257.2 HV0.5),A复合熔覆层的磨损率和摩擦因数最低。     

激光制备镍基纳米WC/Co复合涂层的耐磨性研究

对不锈钢表面激光涂覆Ni基纳米WC／Co复合涂层的耐磨性进行了研究。结果表明,与热喷涂及喷焊Ni基WC／Co涂层相比,激光涂覆Ni基纳米WC／Co复合涂层的相对耐磨性明显较高。在选定的试验条件下,激光涂覆层的相对磨损体积分别为热喷涂及喷焊层的6．91％及15．46％,其原因是激光快速涂覆工艺及纳米WC／Co综合作用的结果。     

激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层的微观组织

采用5 kW CO2激光器在45钢表面激光熔覆制备MoB/CoCr金属陶瓷涂层,对涂层的微观组织、成分分布和显微硬度进行研究。结果表明,MoB/CoCr金属陶瓷涂层组织致密,与基体呈冶金结合。激光熔覆的熔覆区中的主要元素是Mo、Cr和Co,合金化区由于元素互扩散,Fe元素含量明显增加。激光熔覆后MoB/CoCr金属陶瓷涂层的硬度远远大于基体的硬度,起到了表面强化的作用。     

304不锈钢局部干法水下激光填丝熔覆层微观组织及性能

采用自行研发的水下激光填丝熔覆装备,在304奥氏体不锈钢板材表面进行激光填丝熔覆试验,并对空气环境和水下环境的熔覆结果进行对比分析,以探索在水下环境进行304不锈钢的缺陷修复. 通过XRD,EDS,光学显微镜分析了熔覆层的显微组织、化学成分和物相组成,采用显微硬度仪进行了硬度测试,利用动电位极化与交流阻抗谱技术研究熔覆层电化学腐蚀行为. 结果表明,在两种环境下均制备了单层多道熔覆层,且无明显气孔、裂纹等缺陷;熔覆层包括熔覆区、搭接区、相变影响区、熔合区、热影响区,显微组织主要由奥氏体、铁素体、马氏体组成;由于各区域内微观组织及晶粒的大小不同,使得熔覆层硬度呈阶梯分布;在3.5%NaCl溶液中,两种环境熔覆层均呈现出明显的钝化行为,且两种熔覆层耐腐蚀性能相近;所研制的水下激光填丝熔覆装备及工艺,可以满足实际工程对于熔覆层高效制备、成形质量控制及耐蚀性能的要求,可用于水下环境304不锈钢表面的防护与修复.     

激光熔覆Cu包SiCp/Ni35覆层组织及磨损性能

目的研究Cu包SiC_p/Ni35激光熔覆层的显微组织、物相及其在25℃和600℃下的摩擦机理。方法采用化学镀的方法在SiC_p表面包覆一层Cu,并用激光熔覆的方法在H13钢表面制备了Cu包SiC_p增强Ni35熔覆层。用XRD、OM、SEM和EDS对熔覆层的物相、组织和成分进行了分析,用显微硬度计测试了熔覆层的显微硬度,用高温磨损试验机测试了熔覆层在常温、高温下的耐磨性能。结果熔覆层由基相γ-Ni(Fe)固溶体、增强相M7C3以及硼化物、硅化物和石墨构成。熔覆层的显微硬度和常温摩擦性能较H13钢显著提高,而其高温摩擦性能较H13钢基体提高较少。结论 SiC_p化学包覆Cu能减缓激光熔覆过程中SiC_p的分解,但分解速度还是过快。常温磨损时,高硬度碳化物和硅化物的覆层提高了材料的耐磨性能。高温下模具钢表面形成致密的氧化物薄膜,起到减磨降摩的作用,而高温下覆层无法形成致密氧化膜,导致其耐磨性能弱于常温。