铝表面激光熔覆陶瓷原理和工艺的研究

研究了激光熔覆陶瓷的物理过程，发现原来熔覆合金的模型不符合激光熔覆陶瓷的情况，提出了新的激光熔覆模型，研究了激光熔覆工艺参数对陶瓷涂层质量的影响，得出了获得良好涂层的工艺条件，在铝基体表面成功地获得了均匀致密的ＳｉＯ２涂层和Ａｌ２Ｏ３涂层，涂层内部致密无缺陷，涂层与铝基体结合良好。     

不同工艺制备铁基非晶复合涂层组织与性能研究

分别采用大功率光纤激光器与超音速等离子喷涂设备在45号钢基体表面制备Fe基非晶复合涂层。采用扫描电镜、显微硬度计、X射线衍射仪对熔覆层进行微观组织和成分的研究;并分析熔覆层的显微硬度和耐腐蚀性能。结果表明,激光熔覆涂层成型良好,无明显的孔隙、宏观裂纹等缺陷,熔覆层与基体之间为结合强度较高的冶金结合。超音速等离子喷涂涂层存在一定的气孔、微裂纹等缺陷,涂层与基体之间为机械结合,结合强度相对较弱。激光熔覆层组织为柱状晶、树枝晶和非晶共存组织。激光熔覆层内组织致密,且析出了Fe-Cr、(CrFe)_7C_3化合物等硬质相。超音速等离子喷涂涂层截面形貌为典型的层状结构,涂层的非晶含量明显高于激光熔覆涂层,但由于其内部的孔隙和微裂纹,使激光熔覆涂层耐腐蚀性能优于超音速等离子喷涂涂层。     

激光熔覆添加稀土Ni基合金涂层的组织

为提高零件表面的耐磨性和耐蚀性,采用CO2激光器在45钢表面熔覆添加稀土的Ni-Cr-B-Si合金粉末,获得了与基体呈冶金结合的、性能良好的镍基涂层。采用扫描电镜、X射线衍射、显微硬度计对熔覆层的界面组织、显微硬度、物相等做了分析。结果表明,激光熔覆添加稀土的Ni基合金涂层组织由平面晶、胞状晶、柱状树枝晶组成,涂层具有较高的硬度,稀土变质的激光熔覆处理对提高低碳钢性能具有重要的指导意义。     

La2O3含量对激光熔覆TiB/Ti涂层显微结构的影响

目的 改善钛合金表面激光熔覆复合涂层的组织结构,提高钛合金的硬度,使其在相应领域得到更广泛的应用.方法 采用激光熔覆快速非平衡合成方法 制备原位反应合成L2O3-TiB增强钛基复合涂层.用L2O3、Ti和B的混合粉末在Ti-6Al-4V基体表面激光熔覆制备L2O3-TiB/Ti复合涂层,并对其进行XRD物相分析、SEM显微结构观察及显微硬度分析.结果 添加不同含量的L2O3的激光熔覆钛合金复合涂层均与基体较好的结合,涂层中均只有α-Ti和TiB两种物相.随L2O3含量的增加,激光熔覆复合涂层中的增强相TiB的形貌越均匀细小,添加不同含量的L2O3的激光熔覆复合涂层的硬度值约为基体材料的2~3倍,添加质量分数为3%的L2O3的激光熔覆复合涂层硬度最高,其显微硬度值大约为1300HV.结论 添加稀土氧化物L2O3后制备的激光熔覆钛合金复合涂层与基体结合良好,稀土元素的添加使涂层组织细化,硬度得到了明显提高.     

涂层受冲击载荷作用下的性能研究

在45钢及1Cr18Ni9Ti钢表面激光熔覆WFCL-11涂层,研究了激光熔覆涂层与基体界面及表面显微组织和硬度特点,分析涂层在冲击载荷作用下,显微组织、结合性能、硬度变化等特点,得出基材与熔覆材料对结合面性能的影响。     

化学沉积法合成WC/Co粉体及其激光熔覆涂层的制备

采用化学沉积法合成了WC/Co复合粉体．通过激光熔覆的方法在2Cr13不锈钢基体上制备WC／Co复合涂层．并对复合粉体的成分、激光熔覆涂层的形貌、结构和性能进行研究、结果表明：复合粉体中Co的含量为17．23wt％，经过激光熔覆的复合涂层与基体之间达到了冶金结合．激光熔疆涂层可以分为三个区域：熔化区（合金层），结合区及基村热影响区．复合涂层的显微硬度达到1200HV0.1。     

扫描速率对45钢表面激光熔覆结构和性能的影响

在45钢表面激光熔覆Ni基复合涂层.利用金相显微镜、XRD衍射仪和显微硬度计研究了扫描速率对表面结构和显微硬度的影响.结果表明:不同工艺熔覆后试样均由表面熔覆区、结合区和基体三部分组成,并达到冶金结合.复合涂层主要由FeNi3和Ni3B相组成.熔覆层显微硬度平均值都超过基体,最大硬度比基体高33％.相同激光功率条件下,扫描速度越慢,性能越好.     

铝合金表面添加稀土激光熔覆Ni基WC金属陶瓷涂层研究

添加适量稀土氧化物,采用自配的熔覆材料在ZL108表面激光熔覆制备了Ni基WC金属陶瓷复合涂层,对熔覆层进行了显微组织分析、显微硬度测量以及室温下的干滑动摩擦磨损试验。结果表明,铝合金上激光熔覆Ni基WC金属陶瓷增强熔覆层无裂纹,组织细小、致密,WC颗粒增强相与基体之间结合良好。室温下熔覆层的磨损主要为显微切削和粘着磨损,干摩擦磨损性能优良。     

激光熔覆刷式密封高温耐磨复合材料涂层组织研究

利用激光熔覆技术制得了以快速凝固M7C3为耐磨相、以镍基高温合金为基体的刷式密封高温耐磨复合材料涂层,利用OM、SEM、XRD、EDS等分析手段对激光熔覆涂层显微组织进行了分析,考察了工艺参数对激光熔覆高温耐磨复合材料涂层显微组织的影响。研究结果表明,该涂层与基体为冶金结合,结合力强,组织致密,成分均匀,能够满足发动机工作条件。     

Ni基合金基体激光熔覆Co基合金涂层的微观组织与性能

利用CO2激光热源在Inconel 600镍基合金基体上熔覆制备了纳米稀土Y2O3/Co-Cr-W系钴基合金涂层,并对涂层的组织及性能进行了分析。结果表明,Co基合金激光熔覆涂层由界面熔合区、柱状枝晶区及熔覆金属中心胞状区3个区域构成。稀土Y2O3/Co-Cr-W系钴基合金复合涂层距离表面2 mm左右显微硬度最高,为938.9 HV,而Inconel 600基体显微硬度只有362.0 HV。钴基合金涂层的耐磨性也大大高于基体组织,磨损40 min时磨损量为0.7 mg,只有基体组织的2.73%。     

镍基自润滑涂层的制备及拉伸结合强度研究

采用等离子喷涂与粉末冶金方法分别制备了PS304、PM304镍基自润滑涂层,并对涂层的组织、拉伸结合强度进行了研究。结果表明:采用等离子喷涂制备的PS304涂层组织粗大、孔隙率高、润滑相与强化相分布不均匀。而采用高能球磨与真空烧结技术制备的PM304涂层组织均匀、致密、粒子明显细化。拉伸试验表明:PS304的拉伸结合强度较低,拉伸断口不仅出现在涂层与基底的结合处、也出现在涂层内部;而PM304的拉伸结合强度较高,涂层与基底之间结合良好、结合方式为冶金结合,拉伸断口主要出现在涂层内部。PM304涂层拉伸强度增大的原因主要为:(1)致密度提高;(2)尖锐孔隙数量降低;(3)Ag与Ni Cr之间形成冶金结合;(4)Ni Cr基体中析出粒子的弥散强化作用使得Ni Cr基体强度提高。     

机械镀锌层的结合强度分析

通过机械镀方法制备了镀层试样,采用冲击试验和拉伸试验研究了镀层的抗冲击性能及镀层-基体间的结合强度.研究结果表明,镀层的冲击载荷失效为镀层与基体间的剥离失效,随着镀层厚度的增加,镀层的抗冲击性能增强;镀层的拉伸破坏发生在镀层-基体界面,20 μm、30 μm、60 μm镀层的结合强度分别为3.18 MPa、2.18 MPa、3.84 MPa;薄镀层时,拉伸失效主要发生于镀层-基体的界面;厚镀层时,拉伸失效发生于在镀层-基体界面和镀层内.     

铝基厚梯度热障涂层制备工艺及性能研究

采用单一等离子喷涂法和超音速火焰喷涂与等离子喷涂复合喷涂法在铝质LY12基体上制蔷了总厚度分别为0.6mm、10mm和2．0mm的梯度热障涂层，并对基体界面处的涂层显微结构特征进行了金相组织和扫描电镜(SEM)观察，试验结果表明，采用复合喷涂法制备的2mm厚梯度热障涂层其抗拉强度得到显著提高．达到36MPa．其主要原因是采甩JP5000喷涂粘结底层很好的改善了铝基体与游层之间的界面结合强度。基体界面结合强度高低与两者的紧密接触程度有关。     

钛合金表面激光熔化沉积钛基复合材料涂层的组织及性能

通过激光熔化沉积TA15+30%TiC(体积分数)混合粉末,在TA15钛合金表面制备出钛基复合材料涂层,分析了涂层的组织、硬度及界面结合强度。结果表明,激光熔化沉积过程中原始TiC颗粒发生溶解,并在凝固过程中重新析出细小的TiC,TiC有等轴状及枝晶两种形态,涂层中存在部分未熔的TiC颗粒;涂层硬度达HRC 60;涂层与基体界面为完全冶金结合,涂层的界面结合强度大于310 MPa,抗剪切强度为330 MPa;经弯曲及热震试验后,涂层未出现剥落现象,表明涂层与基体具有很好的相容性     

不同工艺参数下超音速等离子喷涂层界面结合行为及其分形特性∗

随着研究不断深入，分形几何可以用来描述涂层的表面形貌和复杂性，分形维数可实现形貌结构的定性描述向定量表征转变。为研究超音速等离子喷涂层界面结合行为与其分形维数之间的关系，采用对比试验研究喷涂距离、喷涂电流等工艺参数对涂层结合界面形貌和结合强度的影响，并引入分形理论对界面结合行为进行定量表征，进而探究结合界面形貌、结合强度、分形维数三者的对应关系。结果表明：相比于喷涂电流，喷涂距离对分形维数的影响更为显著。当喷涂距离为 80 mm 和 100 mm 时，随着喷涂电流从 400 A 增大到 500 A，分形维数呈先减小后增大趋势，最小为 1.115 0；当喷涂距离为 120 mm 时，粒子在等离子焰流中的飞行时间增长，随电流增大，涂层界面分形维数则先增大后减小。界面分形维数与涂层结合强度之间存在着正相关的对应关系。当分形维数在一定范围内呈增大趋势时，涂层 / 基体结合界面处孔隙减少、结合强度增大。 因此，涂层 / 基体结合行为的分形特性研究对评价涂层质量具有重要意义。     

渗铝激光冲击复合处理对00Cr12合金钢高温拉伸性能的影响

利用大功率Nd:YAG激光对渗铝后的00Cr12合金钢进行了冲击强化处理,并在不同温度下对其进行了高温拉伸试验,从力学性能及断口形貌等分析了渗铝复合激光冲击对其高温拉伸性能的影响。结果表明,00Cr12合金钢渗铝后表面形成的铝化物涂层在高温拉伸过程中具有较高的热稳定性及抗氧化性能,表现出优异的热疲劳性能,而且激光冲击处理可以使渗铝层组织更加致密并且与基体结合更加紧密。     

基于划痕实验激光重熔Ni基WC金属陶瓷涂层强度分析

目的进一步提高以45#钢为基体的等离子喷涂Ni基WC金属陶瓷涂层综合性能。方法采用不同激光重熔工艺参数对涂层进行处理,通过划痕实验测定涂层的内聚强度和与基体的结合强度,前者由划痕实验中的锥形投影面积确定,内聚强度与锥形投影面积成反比,后者根据划痕仪反馈数据临界载荷L_c确定。结果 300 W激光重熔后,涂层锥形投影面积A为101,小于重熔前的276,即涂层内聚强度提高。激光重熔后的临界载荷L_c为68 N,大于重熔前的45 N,涂层与基体的结合强度增大。300、800、1200 W激光功率下,涂层锥形投影面积分别为101.6、56.7、198.0,临界强度分别为68、77、41 N。激光功率达到1500 W时,涂层脱落。即本试验数据中,激光功率为800 W时,涂层的内聚强度和结合强度最佳。结论激光重熔等离子喷涂Ni-WC金属陶瓷涂层后,涂层内聚强度和结合强度都有显著提高。不同的激光参数对涂层的性能有很大差别,适当的参数范围可达到理想效果,若激光功率参数取值过大,涂层产生的残余应力大于内聚力时会导致涂层脱落,反而降低涂层性能。     

TC4钛合金微弧氧化膜层高温氧化性能研究

利用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金表面原位制备陶瓷膜层,并通过硅酸钠水溶液对膜层进行了封孔处理。采用X射线衍射仪(XRD)分析了膜层相组成,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了膜层表面形貌。通过粘结拉伸测试,比较了膜层在封孔前后与基体的结合强度。利用高温氧化实验,考察了TC4基体及膜层试样封孔前后的抗高温氧化性能。结果表明:微弧氧化膜层与基体间的结合强度较高,经封孔处理及高温氧化100 h后,膜基结合强度降低至4.29 MPa。与TC4基体相比,微弧氧化膜层的高温氧化增重量小,抗高温氧化性能得到了显著的提高。封孔处理提高了微弧氧化膜层的致密性,使其能更好地阻止氧透过膜层向基体内侵入,进一步提高了膜层的抗高温氧化性能。     

高强度涂层结合性能的试验研究及有限元分析

采用线切割沿涂层/基体界面切成对称切口,两边粘结后直接拉伸的试验方法对高强涂层抗拉结合强度进行评价.并借助有限单元法对涂层/基体交界面上的应力分布及切口附近的应力集中进行了分析,为正确评价涂层/基体的结合强度提供了理论依据.按此方法对不同工艺参数的热喷涂烧结涂层结合强度进行了评价.结果表明,此方法可对高强涂层与基体的结合强度进行评价.     

Ablation laser and heating laser combined to cold spraying

Cold spraying is particularly suitable for the elaboration of coatings sensitive to heat and oxidation. As spraying particles are not subjected to melting, the adhesion and formation of the coating is due to the kinetic energy transmitted to the particles by accelerating gas. Bonding mechanisms are not only strongly dependent on the particle velocity but also on the state of the substrate surface. The presence of surface pollutants inhibits the coating elaboration. Surface modifications are necessary to reach a high adhesion between the coating and the substrate. A laser ablation and a laser heat treatment are proposed to prepare the substrate prior to cold spraying. Ablation laser is used to eliminate adsorbed pollutant molecules and heating laser is employed to improve the contact between substrate and particles and coating substrate adherence. The bonding of aluminium coating on aluminium 2017 alloy was evaluated by tensile adhesion tests and demonstrated the strong influence of the laser treatments in comparison with conventional processes (grit blasting and degreasing).