激光熔覆金属表面改性研究进展（下）

接上期继续综合评述了激光熔覆金属表面改性的研究进展情况,主要内容包括：抗氧化性,热障性能,抗气蚀与冲蚀磨损,以及激光熔覆应用,并指出了目前存在的问题及今后努力的方向。     

激光熔覆技术研究进展

激光熔覆技术是一种先进的材料表面改性技术,具有稀释率小、熔覆层组织致密、涂层与基体结合良好及工作环境无污染等优点。从激光熔覆喷头、激光熔覆工艺、激光熔覆材料、激光熔覆技术的工业应用这4个方面,综述了激光熔覆的研究进展。其中,在激光熔覆喷头方面,介绍了激光光斑的种类及转换原理和熔覆材料的引入方式,总结了激光束与粉束的耦合模式和熔覆喷头的种类,包括旁轴送粉熔覆喷头、光外同轴送粉喷头、光内同轴送粉喷头以及特殊工况下的熔覆喷头。在激光熔覆工艺方面,阐述了工艺参数对熔覆层宏观形貌和组织性能的影响,总结了激光熔覆复合工艺的辅助加工方法,论述了超高速激光熔覆新工艺的原理及技术优势,并介绍了激光熔覆过程控制的研究进展。在激光熔覆材料方面,阐述了熔覆材料的种类及增强相的添加方式。在激光熔覆技术的工业应用方面,介绍了激光熔覆技术在矿山机械、模具再制造以及铁路修复等领域的应用。最后对激光熔覆技术的发展趋势及应用前景做出了展望。     

激光熔覆技术的研究进展

综述了激光熔覆技术的原理、工艺特点和熔覆材料的选择,分析了激光熔覆技术的应用范围,对其未来的发展方向作了展望.     

激光熔覆耐磨涂层的研究进展

介绍了以镍基、钴基合金为主的激光熔覆耐磨涂层的研究进展，分析了熔覆层开裂等问题。目前激光熔覆工艺研究较为活跃，而对其加热、凝固过程的相变动力学、热力学、扩散过程和界面行为以及熔覆层显微组织、相结构的研究相对较弱；对熔覆层开裂问题的研究多集中在工艺参数和凝固组织特征上，要彻底解决熔覆层开裂问题，应从微观角度入手，分析熔覆层显微组织结构和相组成对熔覆层裂纹的影响。     

激光熔覆技术及工业应用研究进展

综述了国内外激光熔覆技术的研究进展，重点介绍了常用的激光熔覆材料、激光熔覆工艺、激光熔覆层的性能及其工业应用，并指出了激光熔覆技术进一步研究的几个方向。     

激光熔覆涂层增韧改性方法的研究进展

激光熔覆涂层能够改善金属表面性能,实现表面强化,然而常发现由于涂层韧性降低,涂层表面出现裂纹缺陷问题。概述了激光熔覆涂层由于韧性降低造成裂纹的原因,包括温度梯度差引起的内应力、激光熔覆层中的应力集中以及熔覆层中的微小气孔等。同时归纳了影响激光熔覆层韧性的因素,包括熔覆材料的选择、激光熔覆工艺参数的设定以及熔覆材料的热处理方式等。在此基础上,重点阐述了近年来改善激光熔覆涂层裂纹缺陷问题的进展,并从中寻找增强激光熔覆涂层韧性的方法,包括在熔覆粉体中加入复合陶瓷增强相和稀土元素粉末等改变熔覆粉体组成、在基体与熔覆层之间增加过渡层、改变激光熔覆功率和扫描速率以及光斑直径等工艺参数、对熔覆前基体的预热和熔覆后涂层的热处理、外加超声振动和电磁场以及超声振动与电磁场的耦合等能场辅助等。针对各种增强激光熔覆涂层韧性方法的不足,探讨今后激光熔覆涂层增韧改性方法的研究前景。     

钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的研究进展

针对钛合金在实际应用过程中存在硬度低、耐磨性差、高温易氧化以及生物活性低等问题,国内外学者利用陶瓷材料较高的硬度、优异的耐磨性和高温抗氧化性能的特点,以及激光熔覆技术可以实现涂层与基材的冶金结合,较高的冷却速率使涂层内部晶粒得到细化的优势,开展了钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的广泛研究。首先简要概括了钛合金表面激光熔覆陶瓷材料的特点,介绍了在激光熔覆过程中常见的陶瓷材料以及所具备的特殊性能。从陶瓷涂层制备方式和陶瓷材料体现的功能两个方面,综述了国内外的研究特点、现状和进展。对比分析了激光制备纯陶瓷涂层、激光制备陶瓷与金属合金复合涂层、激光原位合成陶瓷复合涂层、激光制备陶瓷梯度涂层的优缺点。介绍了在钛合金表面激光熔覆耐磨涂层、高温抗氧化涂层、耐蚀涂层和生物涂层的进展,分析了陶瓷材料在提高相关性能时所发挥的作用。最后针对钛合金表面激光熔覆陶瓷材料存在的问题,对钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层未来的发展趋势进行了讨论与展望。     

铝合金激光熔覆技术的研究进展

在总结激光熔覆工艺特点的基础上,阐述了铝合金激光熔覆的主要熔覆体系及熔覆层的组织特征及性能的研究进展,介绍了激光熔覆数值模拟的国内外进展,提出了今后铝合金激光熔覆工艺的发展趋势.     

钛合金表面激光熔覆的研究进展

钛合金具有优异的物理化学性能,其在航空航天行业中被广泛应用.但钛合金的低硬度和低耐磨性能使它的应用受到了限制.激光熔覆因其熔覆层与基体结合力强,无污染等优点成为钛合金表面改性研究热点之一.钛合金表面熔覆具有不同特性的熔覆材料来提高钛合金表面的相应性能.介绍国内外钛合金激光熔覆的研究现状和发展趋势.     

钛合金表面激光熔覆涂层的研究进展

激光熔覆是钛合金表面改性的重要技术手段之一,已成为当前研究热点。综述了国内外关于钛合金表面激光熔覆抗高温耐氧化、耐腐蚀、耐磨损和生物陶瓷等涂层的熔覆材料、熔覆层相组成和强化机理等的研究现状。其中,抗高温耐氧化涂层主要由于TiO_2、Al_2O_3等相的隔氧作用,提高了钛合金在高温下的抗氧化性;耐腐蚀涂层主要由于Ti N和Ti2Ni等相的固溶强化及细小针状马氏体α’等的细晶强化,提高了其耐腐蚀性;耐磨损涂层主要由于Ti C、Ti B、Ti B2等相的弥散强化作用,提高了涂层的耐磨性;生物陶瓷涂层由于HA、Ca O等相的存在,增强了钛合金的生物相容性。其次,阐述了由于熔覆材料与基材的热物性差异、试样预处理不当和工艺调控不当等因素引起的未熔颗粒、球化效应、裂纹、气孔和夹杂等主要缺陷,以及调控激光功率、扫描速度等工艺参数,预热基体材料,通入保护气体和加入适当成分添加剂等控制和改善相关缺陷的措施。最后,展望了钛合金表面激光熔覆涂层和技术的发展方向。     

轨梁BD1轧辊表面激光熔覆改性技术

目的 解决轨梁轧制过程中BD1轧辊耐磨性低且易沾钢的问题。方法 采用激光熔覆技术,研究熔覆层材质适用性,设定化学成分组分以析出大量碳化物为主要目标,同时考虑耐磨性、抗冷热疲劳性、焊接性能,采用正交试验研究C、Cr、Ni、Mo、W、Si、B元素在激光熔覆材料中的作用,由金相法检测晶粒取向及放大500倍观察微观裂纹评判确定最佳的粉料化学成分,并分析了熔覆材料的宏观硬度、金相组织等材料性能。同时,研究了激光功率、线速度、搭接量和送粉量等熔覆工艺参数对BD1轧辊表面质量的影响。结果 轨梁BD1轧辊孔型表面激光熔覆改性技术后,由于熔覆层表面形成了一层与轧材显著不同的金相组织,使得“焊合”现象不再发生,消除了粘钢现象。熔覆层氧化膜具有较高的耐磨损性能,提高了轧辊耐磨性。良好的冶金结合保证了熔覆层具有足够的抗压、抗冲击、抗机械疲劳和冷热疲劳能力。经过激光熔覆后,过钢量由原来的不足1000 t可以提高到6000 t以上。结论 激光熔覆改性处理改变了BD1轧辊表面材料,克服了粘钢现象,提高了其耐磨性,实现了BD1轧辊的高效循环利用,显著地提高了轨梁BD1轧辊的使用寿命。     

激光表面改性有机高分子材料的研究进展

有机高分子材料具有质轻、易成型、成本低等优点,在汽车、电子等领域有广泛的应用,但有机高分子材料的原始表面多数呈现化学惰性、表面能低,导致其应用受限。激光表面改性技术具有柔性化程度高、区域选择性好、可三维加工等诸多优势。简要综述了激光表面改性有机高分子材料的性能变化、机理和应用的国内外研究进展,表明通过激光改性可以在有机高分子材料表面形成诸如凸起、凹坑、沟槽、多孔和周期性结构等微观形貌,并使表面化学成分发生显著变化,进而影响其表面润湿性、表面能、吸附性、颜色和/或减阻等性能,这主要与有机高分子材料的自身特性、激光改性参数以及改性环境等因素密切相关,而且通过控制激光改性参数,还有可能实现对上述表面性能变化的精密调控。激光表面改性有机高分子材料在理论研究和实际应用中都具有巨大的价值,但目前对于激光表面改性有机高分子材料的理论研究落后于应用研究,还应进一步加强对改性技术和机理的探索与研究。     

钛合金表面激光熔覆技术的研究及展望

本文基于钛合金表面激光熔覆技术,综述了具有良好耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化和生物活性等功能性涂层的研究进展,分析了熔覆层的选材规律与强化机理,以及激光熔覆仿生耦合单元与多功能涂层的优势与必要性。针对熔覆层裂纹和气孔等主要缺陷产生的原因,提出了预热基体、后处理、调整工艺参数和制备梯度涂层等改进措施,并对钛合金表面激光熔覆技术未来的应用和发展趋势进行了展望,旨在推进这一表面涂层技术的创新发展,为制备高质量、高效率、低成本的新型熔覆涂层的研究提供新思路。     

数值模拟和稀土调控改性结合优化铝合金表面激光熔覆

目的 改善铝合金激光熔覆后强化层的缺陷,丰富铝合金表面激光熔覆裂纹形成机理及防止措施的基础理论。方法 将优化激光熔覆的工艺参数和稀土调控改性相结合,通过ANSYS 14.0有限元分析软件,对6063铝合金表面激光熔覆制备Ni60合金强化层的过程进行温度场和应力场的数值模拟,从而为铝合金激光熔覆的工艺参数优化提供参考,并通过实验对工艺参数进行了优化。然后在6063铝合金表面,采用优化的最佳工艺参数激光熔覆Ni60+稀土Y2O3的合金粉末,研究不同稀土含量对强化层的影响,获得最佳的稀土含量,探讨激光熔覆裂纹形成机理和防控措施。结果 通过有限元模拟,优化激光熔覆工艺参数后,制备不同稀土含量的铝合金强化层。未加入稀土时,Ni60强化层中出现大量的气孔和裂纹;当稀土含量少于4%时,强化层的气孔和裂纹数量随稀土含量的增加而减少;当稀土含量为4%~5%时,强化层厚度达到1000 μm,截面形貌无明显气孔、裂纹,截面形貌较好;当稀土含量超过5%时,气孔和开裂现象增加。通过对强化层残余应力进行模拟分析,铝合金激光熔覆强化层开裂的形成机理为凝固裂纹和液化裂纹。结论 将有限元数值模拟优化激光熔覆的工艺参数和稀土调控改性结合起来,可以很好地改善铝合金表面激光强化层开裂的问题。     

激光熔覆技术在钛合金表面改性中的应用

激光熔覆是现代表面改性制造技术中的一种极有发展前途的高新技术.激光熔覆技术在钛合金表面改性方面得到了广泛的应用,通过激光熔覆技术,可显著改善钛合金的表面耐磨性.针对激光熔覆技术在钛合金表面改性方面的应用发展,概述了近年来国内外利用激光熔覆技术改善钛合金表面性能的研究与应用现状,并对激光熔覆技术进一步的发展领域及发展方向进行了展望.