不锈钢基体多模CO2激光熔覆工艺研究

采用多模CO2激光器在不锈钢表面进行激光熔覆,研究了激光熔覆工艺参数对熔覆层微观组织和界面形状的影响。研究表明,离焦量(聚焦镜高度)、扫描速度和激光功率变化将影响激光熔覆层高度和宽度,以及熔化深度。激光熔覆层的宽度为激光线能量和光斑直径的函数,其线性回归方程为W1=AD(1-90VS/P),其相关系数R=0.9976。多模激光熔覆可通过调节离焦量得到界面熔合完整、熔覆质量良好的熔覆层。     

灰铸铁激光熔覆铁基和镍基粉末的比较*

采用高功率横流CO2激光器,以铁基和镍基合金粉末为熔覆材料,用同步送粉法在灰铸铁基体材料上进行激光熔覆试验,并对熔覆层组织和性能进行比较分析。结果表明,激光熔覆镍基时覆层内的组织较铁基合金熔覆层组织均匀细致;熔覆镍基和铁基粉末合金层与基体结合紧密成冶金结合;结合区的组织晶粒细小,合金碳化物含量高,其硬度也最高。用正交试验法分析激光功率、扫描速度、熔覆层数对熔覆效果、表面硬度的影响规律,获得激光熔覆层表面硬度显著提高;对表面硬度影响最大的因素是扫描速度,其次是激光功率,熔覆层数则影响不大。熔覆Fe35合金粉末综合优化参数为扫描速度300mm/min、激光功率4.0kW、熔覆二层。熔覆Ni20A合金粉末优化参数为扫描速度400mm/min、激光功率4.0kW。     

Ti6Al4V表面激光熔覆NiCrBSi+B4C涂层的工艺研究

采用JG-Ⅱ型CO2工业激光器,选用不同配比(均采用质量配比)的NiCrBSi和B4C粉末在TC4合金表面进行激光熔覆处理,通过原位自生法制备出TiC与TiB2等增强相增强钛基复合材料涂层;研究了激光熔覆工艺参数对熔覆层质量及稀释率的影响.结果表明:激光熔覆层的宏、微观质量与熔覆材料种类和激光熔覆工艺参数密切相关;在优化的激光工艺参数:P=750 W,d=3 mm,δ=0.8 mm(NiCrBSi+2%B4C混粉),δ=0.6 mm(纯NiCrBSi粉),v=5 mm/s时,获得了激光熔覆层表面连续均匀、内部无裂纹和气孔且与基底实现冶金结合的NiCrBSi和NiCrBSi+2%B4C激光熔覆层.     

TC4表面激光熔覆Ni60基涂层温度场热循环特性数值模拟研究

目的确定TC4钛合金激光熔覆的最优工艺参数,研究其热循环特性,分析激光熔覆温度对组织的影响规律。方法采用3D高斯热源,基于Sysweld软件平台,对TC4钛合金激光熔覆Ni60A-50%Cr3C2粉末过程进行数值模拟仿真,研究温度场云图及其热循环特性,模拟计算激光熔覆最高温度、加热速度和冷却速度,以及熔池最大深度和热影响区宽度,进行激光熔覆实验验证,结合熔覆层显微组织扫描电镜(SEM)图像,研究冷却速度对熔覆层组织的影响。结果由仿真可知,激光熔覆工艺参数中的光斑直径和送粉速度主要影响熔覆层的高度和宽度,对温度场分布起主要影响作用的是激光功率和扫描速度。激光功率为500 W,扫描速度为4 mm/s时,熔覆层区域熔化完全,与基体结合良好。激光熔覆最高温度为2700℃,最大加热速度约为2200℃/s,最大冷却速度约为1200℃/s,熔池最大深度在0.33~0.66 mm之间,热影响区宽度约为1.2 mm。模拟与实验得到的熔覆层截面形貌基本一致。不同冷却速度得到的熔覆层组织不同,随着冷却速度的降低,显微组织由短小的胞晶和树枝晶逐步转变为柱状晶、胞状晶和平面晶,最终形成淬火态的针状马氏体。结论最佳工艺参数为:激光功率500 W,扫描速度4 mm/s。冷却速度是影响熔覆层组织的重要因素,仿真模型的正确性及方法的可行性得到了实验验证。     

钛合金表面激光熔覆镍基二硫化钼自润滑涂层质量分析

在TC4合金表面激光熔覆Ni60/Ni/MoS_2涂层,探讨Ni/MoS_2添加量对熔覆层质量和显微硬度的影响,以及激光工艺参数对熔覆层质量的影响。研究表明:随熔覆材料中Ni/MoS_2含量的增加,熔覆层形貌从凸起型过渡为平缓型,熔覆层裂纹和气孔等缺陷变多,微观组织均匀性变差。熔覆层显微硬度随Ni/MoS_2含量增加逐渐升高,添加20%Ni/MoS_2熔覆层的显微硬度和Ni60熔覆层的显微硬度相差不大。随扫描速度的提高,钛合金表面激光熔覆层的宽度、高度和基底熔深均减小;不同激光能量密度下,熔覆层的组织具有较大差异。     

热锻模表面激光熔覆金属陶瓷覆层的试验研究

为了制备符合锻模使用性能要求的模膛表面强化层,进行了在指定的W6Mo5Cr4V2基体上激光熔覆金属陶瓷Ni60/Ni-Cr-Cr3C2的试验研究.主要研究熔覆材料的成分构成,熔覆时的激光参数及所制备的熔覆层的物相、组织形貌及显微硬度分布.试验结果说明,采用50%:50%的Ni60粉和Ni-Cr-Cr3C2粉做覆层材料,采用激光功率1.7 kW,扫描速度4 mm·s-1,光斑直径为3 mm,预涂厚度为0.6 mm的激光熔覆工艺,可以得到组织细化硬度较高的激光覆层.说明激光熔覆金属陶瓷是制备热锻模膛表面强化层的一种有前途的方法.     

超细WC-10%Co复合粉体的激光熔覆工艺特性

为了研究化学镀法制备的WC-10%Co复合粉体的激光熔覆工艺特性,用体视显微镜和扫描电镜对采用不同激光熔覆工艺参数熔覆复合粉体制备的涂层表面形貌进行观察,探讨了激光熔覆工艺参数对熔覆层与基体结合状况的影响,分析了采用优化工艺制备的复合熔覆层的耐磨性能及其截面组织形貌.研究发现,当激光功率为2.0～2.4 kW、扫描速率为4.1 m/min、光斑直径为3 mm时,制备的WC-10%Co熔覆层与基体形成冶金结合,基体耐磨性能大大改善.     

稀土元素和工艺参数对激光熔覆层微观形貌的影响

为了抑制激光熔覆过程中熔覆层裂纹的产生,在熔覆粉末中加入了稀土氧化物Y2O3.用CO2连续激光器在镍基高温合金基体表面熔覆自配粉末,同时分析了工艺参数对熔覆层微观形貌的影响.结果表明:Y2O3可以细化晶粒和抑制裂纹,扫描速度主要影响熔覆区晶粒的形状,功率和预置粉末厚度主要影响熔覆层的熔深和稀释率.最佳工艺参数是功率为400W,扫描速度为4mm/s,预置粉末厚度为1.4mm.     

随机森林回归分析在激光熔覆形貌预测中的应用

激光熔覆修复过程中单道熔覆层形貌极大地影响修复效果,但多工艺参数对熔覆层影响的耦合作用机制尚未被研究清楚,因此,获得不同工艺参数组合与熔覆层尺寸的定量关系是亟待解决的难题。以Inconel 625合金的激光熔覆修复为背景,采用随机森林(Random Forest,RF)算法构建了激光熔覆工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉速率)到单道熔覆层尺寸的回归模型,将模型用于特定熔覆参数组下单道尺寸的预测;同时在给定期望的单道熔覆层尺寸参数时,基于Gini不纯度选择强关联因子构建了工艺参数预测模型。结果表明,激光熔覆工艺参数预测模型的预测误差小于4%,能够准确地估计加工特定单道熔覆层截面几何形状所需的激光熔覆工艺参数。     

38CrMoAl钢表面激光熔覆Ni基合金工艺研究

利用正交试验法对38CrMoA1钢表面激光熔覆Ni60合金时激光功率、扫描速度和离焦量等工艺参数进行优化,得到熔覆层硬度和耐磨性能较为优良的参数组合,并研究了激光熔覆工艺参数对熔覆层性能的影响.结果表明,选择激光功率2.0 kW,离焦量40 mm,扫描速度6 mm/s作为35CrMoA1钢表面激光熔覆Ni60合金时的工艺参数,熔覆层硬度可以达到880.5 HV,相对耐磨性为2.26.     

面向盾构机密封跑道修复的激光熔覆Fe基涂层制备工艺

为探究激光熔覆再制造修复工艺对盾构机密封跑道磨痕的修复效果,采用送粉式激光熔覆工艺在42CrMo钢基体表面制备了Fe55铁基自熔合金涂层。基于L₁₆(4³)正交试验探究了激光功率、熔覆速率和搭接率对涂层表面形貌、横截面特征参数、稀释率、显微组织、硬度的影响规律和作用机理。极差分析表明,稀释率随激光功率和熔覆速率的增加均呈上升趋势,其中激光功率对涂层硬度影响最大,最大涂层硬度约为基体硬度的2.15倍。Fe55涂层的摩擦因数较基体明显降低,涂层耐磨性优良,其磨损体积较基体降低1.09×10^-2 mm³,主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损。     

扫描速度对球墨铸铁激光熔覆层组织的影响

目的揭示不同扫描速度下激光熔覆Fe基覆层显微结构的变化规律,以寻求高效的组织控制手段。方法使用半导体激光器,在相同送粉量和激光功率条件下,采用不同扫描速度,在球墨铸铁表面制备激光熔覆层。采用光学显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪、X射线衍射仪表征覆层微观组织和相组成,采用洛氏硬度计对覆层硬度进行测定。结果扫描速度为7 mm/s时,稀释率为16%,覆层组织主要是马氏体和少量残余奥氏体,晶粒细小,无裂纹,洛氏硬度为55.5HRC;扫描速度为5 mm/s时,稀释率为30%,覆层中的晶粒形态变粗大,且得到更多的柱状晶和等轴晶,残余奥氏体含量大幅增多,马氏体含量明显下降,结晶裂纹倾向大,洛氏硬度为21.7HRC。结论扫描速度在球墨铸铁的覆层制备中发挥了重要作用,对覆层凝固过程、晶粒生长、相组成、裂纹敏感性、硬度有很大影响。通过适当调整扫描速度可以改变马氏体和残余奥氏体的量,获得无裂纹且硬度合适的覆层,实现覆层组织和力学性能的有效控制。     

H13钢激光熔覆陶瓷修复层的参数优化

针对H13模具钢失效而产生的磨损以及腐蚀等表面问题，采用镍基碳化硅粉末，对H13模具钢的修复层进行参数优化. 为了探究激光熔覆中激光参数对修复层的影响，采用不同的激光电流、离焦量为优化工艺参数进行激光熔覆试验，发现改变激光电流、离焦量的大小对修复层的熔覆尺寸、微观组织以及力学性能均有不同程度影响；熔覆层的几何稀释率随着激光电流的增大而增大，熔覆层的晶粒尺寸变粗；熔覆层的几何稀释率随着离焦量的增大而减小，熔覆层的晶粒尺寸变细. 通过金相显微镜、SEM和显微硬度仪分析得到优化结果为:激光电流115 A、离焦量51 mm，熔覆层显微硬度值达到最高，约为基材硬度的2.6倍. 上述研究成果为提高模具失效表面激光熔覆修复层质量提供理论和技术依据.     

大面积激光熔覆的工艺研究

采用6 kW CO2激光器和同步送粉熔覆技术,从比能量对熔覆层质量的影响入手,引入优化因子,结合搭接质量,对工艺参数进行了优化研究。同时对未后热和后热的熔覆层质量进行了对比研究。结果表明:送粉率为19.7 g/min,比能量选择在1.4～1.6104 J/cm2之间,搭接率为50%～60%,可获得无裂纹、气孔、夹渣等缺陷的大面积涂层,控制稀释率可获得平缓的硬度梯度;后热处理可改善变形和表面应力状态、细化组织、提高硬度。     

FeCrSiB合金激光熔敷中对流传质研究

在FeCrSiB合金激光熔敷层中观察到对流图案,研究了光束对称性、基材对熔层稀释等与对流之间的关系,发现了对流引起的宏观偏析,理想的激光熔敷应具有低稀释率(<5％)     

核阀密封面激光熔覆层耐蚀性能研究

采用5kW横流CO2激光器对1Cr18Ni9Ti核阀密封面进行了钻基合金激光熔覆处理，测定了激光熔覆层的耐腐蚀性能，并将其微观结构及质量、耐腐蚀性能与等离子喷焊处理的同种试件进行了对比分析，结果表明：激光熔覆层具有优良的综合抗腐蚀性能，具有组织细密、晶粒度高、硬度高与稀释率低的特点。在此基础上对激光熔覆层的耐腐蚀性能进行了分析探讨。     

激光和TIG堆焊钴基合金的性能

为了提高马氏体不锈钢蒸汽涡轮叶片的性能,采用Nd:YAG激光、CO₂激光、半导体激光和TIG堆焊方法,在12%Cr马氏体不锈钢表面堆焊了钴基合金粉末(Stellite-6).通过X射线衍射分析、电子探针分析、能谱分析和耐磨试验,研究了堆焊层的形状、稀释率、维氏硬度、DAS(枝晶间距)值、显微组织和耐磨性能,并比较了不同堆焊方法的特点.与TIG堆焊相比,激光堆焊方法的堆焊层具有更小的稀释率、细小的显微组织、狭窄的热影响区、高的维氏硬度、优良的耐磨性、高的钴含量和低的铁含量的特点.     

面向铝基发动机气门座圈的激光熔覆铜基合金工艺及性能研究

目的 为了提升发动机气门座圈耐磨耐冲蚀性能,延长发动机寿命。方法 针对铝基发动机气门座圈,采用激光熔覆制备铜基合金覆层,对激光熔覆工艺与熔覆层性能之间的关系进行研究。以稀释率、覆层接触角为衡量标准优化参数,研究激光扫描速度、送粉率、激光重熔参数与熔覆层组织形貌的关系。结果 熔覆层的表层组织随扫描速度的增加而细化,同时,熔覆层的稀释率和覆层接触角均增大,而熔覆层的稀释率和覆层接触角随送粉率的增加呈下降趋势。通过改变激光重熔参数,可改变强化相在熔覆层中的分布情况,从而改变熔覆层硬度。通过对剪切断面进行分析,结果表明,结合界面的剪切强度随着扫描速度的增加先增加后降低,在扫描速度为8 mm/s时,剪切强度最大,为142.31 MPa。在最优参数下,熔覆层的平均硬度为392HV0.05,相当于ZL104铝合金基体硬度(约85HV0.05)的4.6倍。结论 熔覆层冲蚀磨损和销盘磨损试验表明,铜基涂层具有最低的摩擦因数和最低的冲蚀质量损失,印证了铜基覆层可以提升发动机气门原材料的耐磨耐冲蚀性能,并在一定程度上提升发动机缸体寿命,为实际应用提供一定的指导。     

送粉式激光熔覆热和熔覆材料有效利用率影响因素的研究

通过改变激光熔覆工艺参数获得相应的熔覆层并对其进行了细致的研究,对激光热有效利用率、熔覆材料有效利用率、熔覆层稀释率及有关界面问题进行了综合评述。找出了工艺参数对其影响规律,指出了送粉装置与工艺参数间的合理匹配能获得最佳的激光热有效利用率、熔覆材料有效利用率。同时,对搭接熔覆时的搭接率的确定原则进行了详细的评述。为获得良好的结合界面提供了实验证据,为制定送粉激光熔覆工艺规程提供了理论依据。     

Study on process optimization of WC-Co50 cermet composite coating by laser cladding

In order to optimize the process of tungsten carbide (WC)-reinforced Co50 cermet composite coating by laser cladding, Co-based coatings with 40 wt% WC were deposited on the surface of cone bit 15MnNi4Mo steel by 4 kW fiber laser. A single-factor experiment was designed to study the variation of the geometrical size, dilution rate and hardness of cladding layers with the change of various factors. Then, an orthogonal experiment was designed to study the optimal parameters for the laser cladding process by taking the hardness and dilution rate of the coatings as comprehensive indexes. Based on the results of the above experiments, the mathematical model of the relationship between the geometrical size of the cladding layers with the process parameters was established by regression analysis. In addition, the three-dimensional structure and microstructure of the coatings were analyzed by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The results revealed that with the increase of the laser power, the width of the cladding layer, the depth of the molten pool and the dilution rate gradually increased, while the coating height remained basically unchanged. Additionally, with the increase of the scanning speed, the coating height and the molten pool depth were relatively greatly reduced, while the coating width decreased little. Furthermore, with the increase of the powder feeding rate, the width of the cladding layer, the molten pool depth and the dilution rate gradually decreased, while the coating height gradually increased. The optimal process parameters are as follows: laser power of 2.4 kW, scanning speed of 7 mm/s, and powder feeding rate of 0.5 g/s. The mathematical model established by regression analysis fitted the width of the cladding layer best, and the minimum relative error was only 0.023%. The microstructure showed that metallurgical bonding was achieved between the coatings and substrates. Also, the coatings were compact and free of defects such as cracks and pores.