激光表面原位合成TiB2/Cu复合涂层的性能

应用500 W Nd:YAG固体激光器在纯铜表面原位合成TiB2/Cu复合涂层,测定了熔覆层的显微硬度和导电性,研究了熔覆层的磨损行为和抗电弧烧蚀性能.结果表明,含熔覆层试样的显微硬度由外到里存在明显的梯度变化,其中熔覆层的硬度最高,约为450～490 HV;熔覆层的平均体积导电率约为82.7% IACS,原位合成的细小TiB2相对Cu基体的电导率影响不大;含熔覆层试样的磨损性能明显优于纯铜试祥,其主要磨损机制为磨粒磨损;熔覆层内激光原位合成的TiB2颗粒能明显改善Cu基体抗电弧烧蚀的性能.     

TiB_2/Cu涂层抗烧蚀性能研究

应用500WYAG固体激光器在纯铜表面成功地原位合成了TiB2/Cu复合涂层,采用自制设备对复合涂层进行抗电弧烧蚀性研究。结果表明,相对于纯铜,TiB2/Cu复合涂层的电弧烧蚀性显著降低,抗电弧烧蚀性能明显提高,熔覆层存在少量烧蚀区裂纹和孔洞。     

双连续TiB2-Cu基发汗陶瓷复合材料抗烧蚀行为

用粉末烧结结合自发浸渗法制备高体积TiB2含量（～83％）的双连续TiB2／Cu基复合材料。利用扫描电镜（SEM）和电子探针（EPMA）分析了试验材料烧蚀前后微观组织形貌。用等离子火炬电弧加热器对材料表面瞬时加热来考察复合材料的抗热冲击和抗烧蚀行为。结果表明：材料在电弧加热和冷却过程中没有出现崩裂现象，材料表面也没有裂纹产生，说明该材料具有良好的抗热冲击性能；微观组织分析表明，金属Cu相在材料烧蚀区-过渡区-基体区存在明显的梯度分布，靠近烧蚀区没有检测到金属相的存在，说明在高温下金属起到了“发汗冷却”作用，烧蚀机理为金属相的发汗冷却、化学烧蚀和机械剥蚀。     

激光熔覆反应合成Cu-TiB2复合材料的工艺与组织研究

应用500W Nd:YAG固体激光器在纯铜表面原位合成了Cu-TiB2复合涂层.用XRD和SEM分析了熔覆层的组织和结合界面,研究了激光工艺参数对熔覆层组织的影响.实验得出了用Cu、Ti和B4C混合粉激光熔覆铜表面的优化工艺参数.结果表明,涂层与铜基体呈冶金结合,熔覆层中的TiB2颗粒细小均匀,颗粒尺寸约为300～500nm,形状接近球形.     

纯铜深层渗铝内氧化的组织及性能

为提高铜质件的耐热性和耐磨性,采用纯铜深层渗铝内氧化试验方法制备了Al2O3/Cu 表面复合材料,研究了纯铜深层渗铝内氧化的金相组织特征及性能,结果表明: 与纯铜试样相比,深层渗铝内氧化试样的抗磨粒磨损性能和抗粘着磨损性能分别为纯铜试样的1.85倍和9.4倍,抗热疲劳性大幅度提高,经250次热循环后,内氧化试样质量损失率为纯铜试样的0.88%.这种特性使得纯铜深层渗铝内氧化Al2O3/Cu 复合材料在高温服役条件下更适合用作冶金设备用传热铜材料.     

铜合金表面激光改性研究

利用500WYAG固体激光器在紫铜表面原位合成TiB2/Cu复合涂层,用扫描电镜分析了复合涂层的组织形貌以及熔覆层和基底之间的结合界面,测试了复合涂层的显微硬度和磨损性能。结果表明,采用激光熔覆表面改性技术可在紫铜表面合成厚度为100μm的TiB2/Cu复合涂层;涂层与铜基底形成了较好的冶金结合;TiB2分布均匀、颗粒细小,颗粒尺寸约为300～500nm;熔覆层显微硬度最高达380HV,平均硬度约240HV,是铜基底的3～4倍;TiB2/Cu复合涂层耐磨性能为紫铜的5～8倍。     

电弧加热器环境下双连续TiB2-（Cu，Ni）复合材料的发汗冷却行为

采用粉末烧结结合浸渗法制备高体积TiB2含量的双连续81．6％TiB2／（Cu，Ni）复合材料，并利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和物相测定（XRD）对连续复合材料的微观组织形貌进行了观测，表明复合材料中陶瓷骨架相和金属相在各自空间均形成三维网络结构且界面结合牢靠。用交流等离子电弧加热器对试件表面瞬时加热来考核复合材料的抗热冲击和抗烧蚀行为。结果表明，材料在电弧急剧加热和冷却过程中均没有出现“热裂”现象，烧蚀后材料的微观组织分析表明，金属（Cu，Ni）相在材料烧蚀区-过渡区-基体区存在明显的梯度分布，分析了高温下金属相“发汗冷却”行为和防热机理。     

纯铜表面氩弧熔覆TiB2/Ni复合涂层组织及耐磨性能

通过氩弧熔覆技术在纯铜表面制备TiB₂增强 Ni 基复合涂层,以改善其耐磨性能. 将钛粉、硼粉和镍粉在球磨机中充分混合,采用氩弧熔覆技术将纯铜表面预置粉末熔化制备出陶瓷颗粒增强镍基熔覆层. 采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜分析涂层的物相及涂层中陶瓷颗粒相的组成、分布及结构,利用显微硬度仪和摩擦磨损试验机测试涂层的显微硬度和耐磨性能. 结果表明,熔覆层物相主要包括γ(Ni, Cu)和TiB₂;陶瓷颗粒增强相弥散分布于熔覆层中,其中颗粒相TiB₂以六边形存在,熔覆层内部与基体界面处均无缺陷产生;熔覆涂层具有较高的显微硬度,当(Ti+B)质量分数为10%时,涂层显微硬度高达781.3 HV,与纯铜基体对比,熔覆层显微硬度提高约11.7倍;在相同磨损条件下,随(Ti+B)质量分数的增加,熔覆涂层的摩擦系数及磨损失重先减小后增大;氩弧熔覆原位自生TiB₂陶瓷颗粒增强镍基熔覆层可显著提高纯铜表面的耐磨性能.     

16Mn钢表面TIG熔覆制备陶瓷颗粒增强层

以金属Ti粉和硼铁粉作为预置粉末,利用氩弧熔覆技术在16Mn钢表面制备了TiB2、TiC颗粒增强熔覆层.利用X射线衍射仪、扫描电镜对熔覆层的物相、微观形貌及TiB2、TiC增强颗粒的分布进行了分析,利用显微硬度计对熔敷层横断面的硬度进行了测试.结果表明:熔敷层成形良好、致密,无气孔、裂纹等缺陷,与基体呈冶金结合;熔覆层中形成了大量的TiB2、TiC陶瓷增强相,增强相呈细小颗粒状,弥散分布在o铁素体基体上,起弥散强化作用;铁素体在颗粒增强熔敷层中起到良好的粘结TiB2、TiC陶瓷颗粒的作用,使熔覆层具有良好的韧性及与硬度配合;熔覆层表面的最高硬度可达8.8 GPa,是基体的3.7倍.     

电弧加热器环境下双连续TiB2-(Cu,Ni)复合材料的发汗冷却行为

采用粉末烧结结合浸渗法制备高体积TiB2含量的双连续81.6%TiB2/(Cu,Ni)复合材料,并利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和物相测定(XRD)对双连续复合材料的微观组织形貌进行了观测,表明复合材料中陶瓷骨架相和金属相在各自空间均形成三维网络结构且界面结合牢靠.用交流等离子电弧加热器对试件表面瞬时加热来考核复合材料的抗热冲击和抗烧蚀行为.结果表明,材料在电弧急剧加热和冷却过程中均没有出现"热裂"现象,烧蚀后材料的微观组织分析表明,金属(Cu,Ni)相在材料烧蚀区-过渡区-基体区存在明显的梯度分布,分析了高温下金属相"发汗冷却"行为和防热机理.     

激光熔覆ZrB2-SiC增强Cu基复合涂层的微观结构与摩擦学性能

为了提高铜表面的强度和耐磨性,以复合粉末(Zr、Si、Ni包B4C、Cu)为原料,采用激光辅助原位合成技术,在纯铜基体表面制备了ZrB₂-SiC/Cu复合涂层。通过XRD、SEM和TEM分析了复合涂层的表面形貌、微观结构、相组成和界面结合,并测试了不同增强相含量熔覆层的硬度和摩擦学性能。结果表明：通过设计的原位化学反应成功在铜基体内合成了微米级针状ZrB₂和纳米级颗粒状SiC。增强相均与基体形成了清洁、无杂相的界面。2种不同维度与尺寸的增强体,通过多种强化机制,显著改善了复合涂层的力学性能;通过调整激光工艺参数可实现增强体尺寸的控制,随着增强相含量的提高,复合涂层的平均硬度和耐磨损性逐渐增加。当增强相含量为30%(质量分数,下同)时,复合涂层的平均硬度(HV0.2)为3028 MPa,约为纯铜的5.6倍。30%增强相涂层的载流磨损率与10%增强相的涂层相比,降低了约80%。较高含量增强相的复合涂层表现出优异的摩擦学性能。     

TIG Cladding + Laser Remelting of ZrAlNiCu Amorphous Coating

为了解决传统激光熔覆非晶方法的不足,进行了TIG熔覆+激光重熔制备非晶涂层的尝试。在对Zr65Ni10Al7.5Cu17.5粉末进行TIG熔覆之后,又对熔覆层进行了激光重熔。TIG熔覆有利于与基材良好的结合、减少裂纹和气孔、有利于熔覆层成分的均匀化,激光重熔又可以提供极快的冷却速度并利于非晶的形成。随后对该涂层进行了微观组织、能谱、相组成、腐蚀性能及显微硬度的分析。整个涂层成分均匀,冶金结合良好,微观组织由晶体与非晶体组成,其中TIG熔覆+激光重熔涂层非晶体所占体积分数高于相同工艺下的传统激光熔覆层;该涂层显微硬度HV较传统激光熔覆层高1330 MPa;腐蚀电位较传统激光熔覆层高0.07 V,腐蚀电流更是降低了10倍以上。     

6061铝合金激光熔覆铜基复合涂层组织及磨损性能

利用激光熔覆工艺在6061合金表面熔覆铜基复合涂层,分析熔覆涂层的微观组织及化学成分,考察熔覆合金成分变化对涂层质量、硬度以及磨损性能的影响.结果表明,熔覆层主要由(Cu,Ni)固溶体、Cu9Al4、AlFe0.23Ni0.77以及CoFe增强相等组成.优化成分条件下,Fe含量为7%,Co含量为9%,熔覆层硬质颗粒体积分数增大,大量硬质颗粒增强体弥散分布在熔覆层Cu-Ni固溶体合金基体组织中,大大增强了基体的抗磨损性能.激光熔覆后的熔覆层表面硬度比6061铝合金提高了4.5倍;磨损体积约为铝合金基线的30%,摩擦因数降至0.3002.     

紫铜表面激光熔覆镍基合金的组织与性能

利用激光熔覆技术在紫铜表面制备镍基合金涂层。采用SEM、XRD、EDS、显微维氏硬度计进行组织结构和硬度分析,并测试了紫铜基体、镍基熔覆层的耐冲蚀磨损性能。结果表明:激光熔覆层与铜基体形成冶金结合,组织致密、晶粒细小、无裂纹、孔隙、夹杂等缺陷,熔覆层内具有等轴晶、树枝晶及平面晶等不同结构,并有Cr、Ni、B等强化相颗粒。当冲蚀角为60°时紫铜基体和熔覆层的质量损失率都比较大,随着冲蚀时间的增加,熔覆层质量损失率比紫铜的质量损失率要低得多,激光熔覆层的耐磨性比基体组织的耐磨性提高了近3倍,激光熔覆层的耐冲蚀磨损性能得到明显提高。     

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。     

点焊电极表面电火花沉积TiB_2涂层的特征

在CuCrZr电极表面通过电火花振动沉积制备了TiB_2功能涂层,测试了功能涂层的显微形貌、物相、硬度以及界面元素分布.试验表明,TiB_2涂层电极具有典型的电火花涂层结构,存在明显的元素互扩散,表明功能层与基体之间为冶金结合.但TiB_2涂层结构不致密,存在裂纹和孔洞,硬度较低.随着电火花电容和电压的增加.涂层的硬度降低.元素扩散和涂层氧化的加剧,是导致涂层硬度降低的主要原因.由于基体Cu的气化、脆性剥落和熔敷棒的切削作用,沉积TiB_2后基体质量反而降低.高电压下电火花沉积以及预涂敷Ni,都会导致基体质量降低更多.     

Improvement of the oxidation and wear resistance of pure Ti by laser cladding at elevated temperature

NiCrBSi and NiCrBSi/WC-Ni composite coatings were produced on pure Ti substrates by the laser cladding technology. Thermal gravimetric (TG) analysis was used to evaluate the high temperature oxidation resistance of the laser cladding coatings. The friction and wear behavior was tested through sliding against the Si₃N₄ ball at elevated temperatures of 300 °C and 500 °C. Besides, the morphologies of the worn surfaces and wear debris were analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and three dimensional non-contact surface mapping. The results show that the microhardness, high temperature oxidation resistance and high temperature wear resistance of the pure Ti substrates are greatly increased. For the pure Ti substrate, the wear behavior is dominated by adhesive wear, abrasive wear and severe plastic deformation, while both laser cladding coatings, involving only mild abrasive and fatigue wear, are able to prevent the substrates from severe adhesion and abrasive wear. In particular, the laser cladding NiCrBSi/WC-Ni composite coating shows better high temperature wear resistance than the NiCrBSi coating, which is due to the formation of a hard WC phase in the composite coating.