激光熔覆Fe—Ti—B复相涂层的组织研究

应用５ｋＷ激光器在１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｎｉ不锈钢基体上进行Ｆｅ－Ｔｉ－Ｂ合金的激光熔覆,用金相显微镜、Ｘ射线衍射、电子探针等微观分析手段对涂层中组成相的 类型和形貌进行了分析。结果发现涂层中ＴｉＢ２有针状、棒状以及颗粒状等形状。这与激光加工工艺参数有关,同时由于ＴｉＢ２的生成消除了激光熔覆Ｆｅ－Ｂ合金涂层中Ｆｅ－Ｂ相的偏析。     

激光熔覆TiC颗粒增强Ni—Cr—B—Si—C合金复合涂层的微观组织

用连续波ＣＯ２激光在４５＃钢表面熔覆ＴｉＣ＋ＮｉＣｒＢＳｉＣ复合涂层。微观组织分析表明：在熔覆过程中,ＴｉＣ颗粒表面发生部分溶解,当凝固时,重新外延生长出ＴｉＣ,并固溶基体元素;与纯合金涂层相比,复合涂层中ＴｉＣ颗粒的加入导致基体组织为条状ＣｒＢ相间分布在Ｎｉ固溶体构成的羽毛状簇团组织,并伴有少量的Ｎｉ枝晶间Ｎｉ＋Ｍ２３Ｃ６共晶。     

钢表面激光熔覆Fe基TiC陶瓷涂层的研究

采用高功率ＣＯ２激光器在２０钢表面熔覆Ｆｅ基自熔合金与ＴｉＣ陶瓷涂层，通过对其显微组织特征，化学成分和硬度分布以及耐磨性的分析测定，表明在选取合适的工艺参数条件下，可获得硬度高而又无孔洞的Ｆｅ基ＴｉＣ陶瓷涂层。     

TiB2基硬质合金

通过测量润湿角和研究烧结活性，我们认为Ｆｅ和Ｆｅ－Ｍｏ合金可以作为ＴｉＢ２基硬质合金的粘结相。在保护气氛下执行正常的烧结工艺获得了全致密的ＴｉＢ２－Ｆｅ和ＴｉＢ２～ＦｅＭｏ合金。我们进行了结构和相分析，观察到了一种新相ＭＯ２ＦｅＢ２的存在，同时还评估了它们的机械性能，抗磨料磨损，切削磨损性和抗氧化性，ＴｉＢ２－ＦｅＭｏ硬质合金已经在耐磨损零件，切削及凿岩刀，喷嘴等方面得到了工业应用，并逐步在替代钨     

激光熔覆TiC／（Ni＋Cr）复合粉涂层的显微组织

用ＣＯ２连续激光在５ＣｒＮｉＭｏ钢表面熔覆包覆细颗粒ＴｉＣ复合粉末涂层。微观分析结果表明：ＴｉＣ颗料周围优先被Ｃｒ相晶粒包覆；粘结金属在凝固应力作用下，Ｎｉ相晶粒形成滑移带，Ｃｒ相晶粒形成孪晶；ＴｉＣ不易溶解于液态中，而易溶于Ｆｅ基合金中；凝固过程中ＴｉＣ在涂层与基体的液相交互扩散区中析出，并发现碳化物（Ｆｅ，Ｃｒ）２３Ｃ６；同时还形成大量α和γ微量。     

添加元素Dy对Nd—Fe—B永磁合金性能的影响

由于氢化制粉制备的ＮｄＦｅＢ粉末制品烧结时磁体中的晶粒异常长大,使合金的矫顽力降低。通过在ＮｄＦｅＢ合金中加入少量Ｄｙ２Ｏ３,能有效地抑制合金高温烧结时的晶粒长大,增加了各向异性很高的（Ｎｄ,Ｄｙ）２Ｆｅ１４Ｂ相,从而使合金的矫顽力得到提高,当Ｄｙ的加入量超过（摩尔分数）４％时,Ｄｙ在富Ｎｄ相晶界中分布比在基体相Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ中高。     

激光熔覆TiC／Ni＋Cr涂层过程中陶瓷相的行为

借助ＳＥＭ、ＴＥＭ对激光熔覆ＴｉＣ／Ｎｉ＋Ｃｒ过程中陶瓷相ＴｉＣ的行为进行了研究。结果表明：未受基体中Ｆｅ扩散影响的熔覆层表层，ＴｉＣ仍保持为完整的六边形截面颗粒。交互扩散区的ＴｉＣ颗粒在凝固应力作用下可能产生裂纹。溶解促进裂纹的萌生和扩展。溶解后的陶瓷相与粘结相交互作用生成（Ｆｅ，Ｃｒ）２３Ｃ６。溶解后的陶瓷相在凝固过程中重新析出，析出的陶瓷相可使涂层强化。     

激光形成原位TiC颗粒增强涂层的组织及性能

利用激光熔覆制备了ＴｉＣ颗粒（ＴｉＣｐ）增强金属基复合材料涂层,其中ＴｉＣｐ为激光熔覆过程中原位形成。细小的原位ＴｉＣｐ尺寸为几十至几百纳米,弥散分布于晶粒内部,并在涂层中呈密度梯度分布;高分辨电子显微镜证实了ＴｉＣ／涂层合金的相界面洁净,无界面反应物及非晶结构存在;涂层具有较高的显微硬度及耐磨损性能。     

激光熔覆Fe-C-Si-B的研究

采用Ｆｅ－Ｃ－Ｓｉ－Ｂ粉末在灰铸铁基体上进行了一系列的激光熔覆试验,获得了预期的按介稳系结晶的组织,其细化程度高于Ｃ－Ｓｉ－Ｂ激光合金化。形成的熔覆层金属对灰铸铁具有良好的润湿性。采用预置粉末法进行激光熔覆时在一定的工艺参数下会出现熔深的波动现象,多道搭接熔覆时裂纹产生的几率比单道熔覆高,Ｆｅ－Ｃ－Ｓｉ－Ｂ粉末中添加少量ＣａＦ２可显著改善熔覆粉末的工艺性能。     

铝合金激光熔覆处理等离子涂层的显微组织

利用５ｋＷＣＯ２激光器,对ＡｌＳｉ合金表面的等离子涂层（ＮｉＣｒＢＳｉ）进行熔覆处理。ＳＥＭ,ＴＥＭ和Ｘ射线衍射分析结果表明,激光合金层中的组织以铝镍金属间化合物（Ａｌ３Ｎｉ,Ａｌ３Ｎｉ２,ＡｌＮｉ和ＡｌＮｉ３）为主。在激光熔化层的表面,有富铝的Ａｌ３Ｎｉ相存在;而在激光熔化层的内部,则有富镍的ＡｌＮｉ３相存在。一些非晶组织出现在激光熔化层亚表层中,使得该区域有较高的硬度（平均ＨＶ９５２）,是原等离子涂层的３倍和铝合金基底的１２倍。     

TC4合金表面激光熔覆B4C及B4C＋Ti粉末涂层的微观组织

利用XRD，SEM和EDS分析手段对B4C和B4C＋10％Ti（质量分数，下同）激光熔覆层的微观组织进行了分析。结果表明，TC4合金表面B4C与B4C＋10％Ti激光熔覆层的组成相基本相同，均由TiC1-x，TiB，TiB2和Ti相组成，说明在TC4合金表面熔覆过程中有一部分Ti进入熔覆层并与B4C发生化学反应原位生成了TiB，TiB2和TiC1-x相。TiC1-x相以树枝状相形式存在，TiB2相以粗大须状相形式存在，TiB相以细小须状相形式存在。熔覆层与基底结合良好，没有发现裂纹与孔洞。基底热影响区呈淬火组织形貌，为典型的针状马氏体组织特征。与B4C激光熔覆层相比，B4C＋10％Ti激光熔覆层的组织细小，TiB相含量增多，TiB2相含量减少。     

Microstructure and formation mechanism of titanium matrix composites coating on Ti-6Al-4V by laser cladding

Laser cladding experiments were done on a 5-kW continuous wave CO2 laser to synthesize TiC and TiB rein- fowed titanium matrix composite coatings on Ti-6AI-4V alloy with a mixture of Ti and B4C precursor powder. The ther- modynamics of the reactions were calculated and analyzed. The microstructure and phase evolution of TiB and TiC com- posites were investigated. The results showed that the chemical reaction between Ti and B4C would release much heat, and these compounds, TiC, TiB, and small amount of TiB2, can be formed on the surface of Ti-6AI-4V alloy if the supplied en- ergy is sufficient to excite the reaction among the initial products. A good metallurgical bond between the coating and the substrate can be achieved. The microhardness of coating was irregular and the maximum value was approximately HV600.     

Research on the Formation of Metal-Ceramic Surface Composite Coating by Wide-Band Laser Cladding

LASER SURFACE MODIFICATION is an importanttechnology in the fields of heat treatment and surfaceengineering of materials at present[1-3].Lasercladding is a significant technology in laser surfacemodification[4-7].In-situ synthesized metal-ceramiccomposite coatings fabricated by laser claddingcombine the high ductility of the bonding metal matrixwith the high strength of the ceramic particles perfectlyin the cladding layer,the rapid solidification structure isfiner than that of the cla…     

钛合金表面等离子弧熔覆原位自生镍基耐磨涂层的制备及微观结构表征

目的 在钛合金表面制备陶瓷相增强复合耐磨涂层。方法 采用等离子弧熔覆技术,在Ti6Al4V钛合金表面制备了原位自生TiB2、TiC、CrB陶瓷相增强镍基耐磨涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪检测了涂层的物相组成、组织组织以及微区化学成分,采用显微硬度计测试了涂层的硬度。结果 涂层靠近熔合线区域由Ni-Ti树枝晶及枝晶间的共晶组成,在涂层的中上部,大量原位增强相分布于镍基固溶体基体之中。在熔覆过程中,钛合金基材中的Ti元素同熔覆粉末中的B、C元素发生原位冶金反应形成TiB2、TiC增强相,CrB增强相为Ni基熔覆粉末中Cr、B元素反应形成,增强相的形态由各自的晶体结构及熔池凝固热力学与动力学条件决定。涂层的显微硬度得到显著提高,最高达1037HV0.2。结论 采用等离子弧熔覆技术,利用熔池内Ni-Cr-Ti-B-C合金体系的原位冶金反应,可以在钛合金表面制备原位自生TiB2、TiC、CrB增强镍基复合耐磨涂层。同Ti6Al4V基材相比,由于涂层具有大量增强相分布于镍基固溶体的组织特征,其显微硬度得到了显著提高。     

钛合金表面激光熔覆AlBxCoCrNiTi高熵合金涂层的组织与性能

目的研究AlB_xCoCrNiTi(x=0、0.5、1)高熵合金涂层的组织及性能,提高钛合金表面硬度及耐磨性。方法采用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备出AlB_xCoCrNiTi高熵合金涂层,运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)等材料分析手段,研究了B含量对高熵合金涂层形貌、组织结构、成分的影响,并采用维氏硬度计以及摩擦磨损试验检测了熔覆涂层的硬度和耐磨性能。结果高熵合金涂层与基体的整体结合形貌良好。未添加B的高熵合金涂层主要由BCC相和晶体结构类似(Co,Ni)Ti_2相组成。随着B的加入,高熵合金涂层的晶粒得到细化,BCC相含量增加,(Co,Ni)Ti_2相含量有所减少,且熔覆层原位生成了TiB_2硬质相,TiB_2硬质相含量随B含量的增加而增加。熔覆涂层的硬度和耐磨性与B含量呈正相关关系,AlB_1CoCrNiTi高熵合金涂层的平均显微硬度最大,为814HV,且AlB_1CoCrNiTi高熵合金涂层的磨损量最小,其耐磨性约为未添加B的高熵合金涂层的7倍。结论 B含量的增加,有助于改善AlB_xCoCrNiTi高熵合金涂层的摩擦学性能,AlB_xCoCrNiTi高熵合金涂层有效提高了钛合金表面的硬度及耐磨性能。     

激光熔覆CoCrNiMnTix高熵合金涂层组织及耐磨性能研究

目的 针对高铁制动盘等高速强力磨损的关键件,设计激光熔覆CoCrNiMnTix高熵合金涂层,提高表面的硬度和耐磨性。方法 采用激光熔覆技术在Q235钢表面制备CoCrNiMnTix高熵合金涂层,利用XRD和SEM对涂层微观组织进行表征,通过显微硬度计和纳米压痕仪测试涂层硬度,运用摩擦磨损试验机和三维形貌仪研究涂层的摩擦磨损性能。结果 在激光熔覆CoCrNiMnTix涂层中,随着Ti含量的增加,涂层物相由单一的FCC相转变为FCC+Laves相。由于固溶强化以及Laves相含量增多,涂层的显微硬度不断提高,CoCrMnNiTi硬度达到523HV0.1,最高纳米硬度达到6.91 GPa。CoCrNiMnTix系涂层的弹性模量大小相近。随着Ti含量的增加,涂层的耐磨性呈现升高趋势,当Ti的摩尔分数增加至0.75时,涂层具有最好的耐磨性,但进一步增加Ti含量时,由于脆硬性的Laves相逐渐增多,磨损形式由低Ti含量时的粘着磨损逐渐转变为高Ti含量时的磨粒磨损,使涂层耐磨性能下降。结论 激光熔覆CoCrMnNiTix涂层可以显著提高基体的耐磨性,Ti的摩尔分数为0.75时,在FCC基体中形成了少量Laves相,既提高硬度,又实现强韧配合,涂层表现出最佳的耐磨损性能。     

钛合金表面激光熔覆 h-BN 固体润滑涂层

目的优化钛合金激光熔覆固体润滑涂层的熔覆工艺参数,提高钛合金表面耐磨性能。方法采用Nd∶YAG激光器,分别在高功率和低功率条件下,在TC4钛合金表面制备h-BN固体自润滑涂层。观察分析熔覆陶瓷层的宏观形貌、物相组成、显微组织和硬度,采用摩擦磨损试验仪对熔覆层的摩擦学性能进行研究。结果低激光功率下,熔覆材料上浮流失严重,熔覆层的相成分主要是Ti N,Ti B,Ti B2等硬质相,硬度较高,存在裂纹。高激光功率下,基材的熔化稀释较好地抑制了润滑相h-BN的上浮,减少了溅射损失,发生了包晶反应,生成了单质金属Ti,熔覆层硬度低,但摩擦磨损试验表明,涂层中润滑相h-BN含量的增加使得形成了更好的润滑膜,降低了摩擦系数。结论在输出电流400 A,脉宽5 ms,频率12Hz,扫描速度120 mm/min,搭接率50%~60%的条件下进行激光熔覆,所得熔覆层的表面状态平整,耐摩擦性能最好。     

激光熔覆原位析出增强颗粒热力学及显微组织研究

把理论与试验相结合,通过热力学理论计算,选择出合理的激光熔覆涂层体系,利用横流CO2激光器在铜合金表面激光熔覆Ni基复合材料涂层,原位自生陶瓷颗粒增强相.通过对激光熔覆涂层反应体系△GT的计算及XRD分析得知:TiB增强颗粒可以原位生成.利用OM、SEM和显微硬度计,分析测定涂层的显微组织形貌和截面显微硬度分布情况.结果表明:熔覆层与基体具有良好的结合界面,涂层内枝晶组织细小均匀.熔覆层平均显微硬度比基体显著提高,约为基体平均硬度值的3倍.     

Microstructure and properties of TiB/Ti-6Al-4V coatings produced with laser treatments

TiB/Ti-6Al-4V metal-matrix composite (MMC) layers were produced on Ti-6Al-4V substrates by laser cladding. A TiB₂/Ti powder mixture was used as a precursor to obtain a dispersion of TiB needles in the Ti alloy matrix, with the aid of an exothermic reaction between TiB₂ and Ti. A eutectic microstructure was obtained that consisted of an extremely homogeneous dispersion of TiB eutectic needles in the Ti alloy matrix, having a volume fraction as high as 0.33. Also, an equilibrium-like microstructure was found, consisting of a dispersion of both primary and eutectic TiB needles inside the Ti alloy matrix. An analysis of the geometry of the layers was performed and proved successful in determining the percentage of B. Further, it correctly predicted the variation of atomic B content as a function of laser power. The relative wear resistance coefficient, defined as the wear coefficient of the uncoated matrix divided by that of coating, shows an improvement by a factor as high as 1500 for the eutectic microstructure. This paper was presented at the 2nd International Surface Engineering Congress sponsored by ASM International, on September 15–17, 2003, in Indianapolis, Indiana, and appeared on pp. 411–18 of the Proceedings.     

原位合成含钛陶瓷相增强Fe基合金熔覆层研究

以Fe901、Ti、B_4C和h-BN粉为原料,采用反应等离子熔覆方法在Q235钢基本上原位合成了含钛陶瓷相增强Fe基合金熔覆层。研究表明:相比B_4C,Fe更易与h-BN反应形成铁硼化物,当同时添加B_4C和h-BN时,B_4C/h-BN比减小至一定值后将导致熔覆层中Fe B含量升高和Ti_2N、Ti B等中间产物形成,但却可抑制陶瓷相长大。熔覆层显微组织均具有梯度分布特征,Ti B_2大小和形态受熔池温度和成分影响。熔覆层显微硬度随h-BN添加量增加而降低,Ti:B_4C:BN摩尔比为3:1:0时熔覆层近表面层HV_(0.2)显微硬度可高达11.26 GPa。