直接激光沉积Al2O3增强NiCrAlY涂层的微观组织及力学性能

目的改善NiCrAlY涂层微观组织并提高其力学性能。方法采用直接激光沉积方法制备100%NiCrAlY、NiCrAlY+10%Al_2O_3和Ni CrAlY+20%Al_2O_3三种样件,分别利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散谱仪(EDS)、电子探针X射线显微分析仪(EPMA),对不同成分样件进行相组成分析、微观组织观察以及元素组成检测,使用维式显微硬度测试计和万能摩擦磨损试验机,分别检测各个涂层的显微硬度和摩擦系数。结果在NiCrAlY中添加Al_2O_3后,Al_2O_3以不规则形状或球形分布在晶内或者晶界处,其尺寸小于2μm。三种复合涂层样件均由γ-Ni和β-NiAl相组成,添加Al_2O_3陶瓷颗粒后,涂层一次枝晶臂间距均减小,且Ni-Y相显著减少,Y2O3陶瓷颗粒弥散分布在基体的晶内与晶界处。NiCrAlY、NiCrAlY+10%Al_2O_3和NiCrAlY+20%Al_2O_3涂层的平均硬度分别为(440.69±30)HV0.2、(482.18±30)HV0.2和(453.09±20)HV0.2,100%NiCrAlY、NiCrAlY+10%Al_2O_3和NiCrAlY+20%Al_2O_3涂层的摩擦系数分别为0.77、0.55和0.52。结论加入Al_2O_3后,基体晶粒有一定程度的细化。在晶粒细化作用以及陶瓷颗粒弥散作用下,涂层的显微硬度有所提高,其中NiCrAlY+10%Al_2O_3的硬度最高,相比NiCrAlY基体提高了约9.5%。此外,发现添加Al_2O_3后,NiCrAlY+10%Al_2O_3和NiCrAlY+20%Al_2O_3样件的摩擦系数比NiCrAlY样件下降均超过25%,其中NiCrAlY+10%Al_2O_3样件的磨损量最小,相对于NiCrAlY涂层下降了近13.5%,耐磨性明显改善。     

飞秒激光加工参数对RB-SiC表面形貌的影响

目的 揭示飞秒激光加工参数对反应烧结碳化硅(Reaction-Bounded Silicon Carbide,RB-SiC)表面形貌的影响规律。方法 通过改变激光能量密度和有效脉冲数,研究RB-SiC表面烧蚀槽的形貌变化规律,确定飞秒激光加工RB-SiC的去除机理。采用扫描电镜、共聚焦显微镜、X射线能谱仪和拉曼光谱仪分析RB-SiC烧蚀前后的表面形貌演变行为。结果 激光能量密度在0.62~10.48 J/cm²时,Si富集区域形成凹陷结构,SiC颗粒区域形成周期性结构(Laser-Induced Periodic Surface Structures,LIPSS),周期约为970 nm。随着激光能量密度的增加,凹陷结构扩大加深,表面球形纳米颗粒增多,烧蚀槽宽度呈对数增长。有效脉冲数在69~ 1 379,Si富集区域的去除量高于SiC颗粒区域的去除量。随着有效脉冲数增加,烧蚀槽深度显著加深,凹陷结构扩展成深坑结构,飞溅至烧蚀槽外侧的纳米颗粒聚集成团簇物,由Si、SiC和非晶态SiO2构成的沉积物在烧蚀槽边缘形成堆积层。结论 降低激光能量密度能够减少RB-SiC表面凹陷和纳米颗粒,有助于提升烧蚀形貌的一致性。增加有效脉冲数会促进烧蚀槽底部深坑结构的产生,进而扩大Si与SiC去除量之间的差异。     

超声对直接激光沉积钛基复材中未熔TiC聚集现象的影响

目的 改善直接激光沉积TiCp增强TC4复合材料中未熔TiC(Unmelted TiC,UMT)的聚集情况,提高钛基复合材料的力学性能。方法 利用定点超声辅助直接激光沉积工艺制备了20%、30%(质量分数)TiCp/TC4复合材料,通过金相显微镜观察UMT的分布情况,采用X射线衍射仪分析物相组成、衍射峰强度与半峰宽变化。通过扫描电子显微镜(SEM)进一步分析样件的微观组织,并使用SEM配备的能谱仪模块对元素分布情况和元素含量进行分析,同时观察拉伸样件的断口微观形貌和初生TiC情况。分别采用显微硬度仪和微机控制电子万能试验机测试样件的显微硬度与拉伸性能。结果 超声产生的声流、空化和机械效应不断搅拌熔池,增大了熔池的润湿性,初生TiC熔化/溶解更加充分,改善了UMT在熔覆层边缘的聚集情况。在超声能场辅助作用下,20%、30%(质量分数)TiCp/TC4复合材料的平均显微硬度分别提升了8.4%和12.7%,极限拉伸性能分别提升了8.0%和15.0%。结论 定点超声高频振动可以有效改善UMT聚集现象,使TiCp在TC4基体中分布得更加均匀,增强了熔覆层间结合强度,最终使沉积件力学性能得到提升。     

CO2激光弯曲玻璃薄片微观结构变化分析

利用红外(IR)光谱、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段研究了CO2激光扫描弯曲对硼硅酸盐玻璃微观结构的影响.结果表明激光扫描产生的熔化冷却过程使玻璃存在轻微的分相倾向,导致玻璃中原先存在的[BO3]三角体结构单元与Na2O结合向[BO4]四面体结构转化,同时si聚集程度提高,si-O键强增加.未经激光加工样品存在SiO2晶相引起的微弱衍射峰,且晶粒呈大小不一的近似球状,激光扫描过的样品不存在明显晶相,呈较为均匀的玻璃态.     

激光近净成形Al_2O_3–YAG复合陶瓷薄壁件微观组织与力学性能分析

采用同轴输送Al2O3–Y2O3粉末激光近净成形方法进行复合陶瓷薄壁件成形实验,使用扫描电子显微镜,X射线衍射及电子探针显微分析仪对成形薄壁样件微观组织、物相组成及元素含量进行检测,通过压痕法测量样件显微硬度与断裂韧性。结果表明:同轴输送Al2O3–Y2O3粉末激光近净成形可得到Al2O3–YAG复合陶瓷件,主要由α-Al2O3和YAG两相组成,但同时存少量亚稳态YAP或YAM相;薄壁样件内部主要由粗大的富YAG初生相和Al2O3/YAG交错生长的网状共晶组织组成,成形过程中Al2O3较易挥发,不同高度位置重熔次数影响Al相对挥发量,导致两相比例不同,由顶部到底部,富YAG初生相尺寸和比例增大,成形过程中,高温促使亚稳相向YAG转化加剧这一现象;压痕法测量样件显微硬度为16 GPa,断裂韧性为2.89 MPa·m1/2,说明该方法可得到性能较好的陶瓷件。     

激光偏移量对Hastelloy C-276/316L焊缝腐蚀性能的影响

使用Nd:YAG连续激光对Hastelloy C-276/316L薄板进行异质焊接实验,分析不同激光偏移量下焊缝元素含量变化规律,借助极化曲线、电化学阻抗谱研究不同激光偏移量下焊缝在盐酸溶液中的抗蚀性能。结果表明:调节激光偏移量Fe、Ni和Mo含量变化明显,而Cr含量无明显变化;当激光向Hastelloy C-276偏移0.1~0.3 mm时,焊缝中主要元素含量变化较小,腐蚀电压、电荷转移电阻最大,腐蚀电流密度最小,焊缝腐蚀趋势、腐蚀速率最小,焊缝抗蚀性能较好;当激光向316L偏移0至0.2 mm时,焊缝中Fe元素逐渐增加,Ni、Mo元素含量逐渐下降,焊缝的腐蚀电压、电荷转移电阻递减,腐蚀电流密度递增,焊缝的腐蚀趋势、腐蚀速率逐渐增大,焊缝抗蚀性逐渐减弱。     

双激光束熔覆过程平顶辅助光束对陶瓷涂层温度场的影响

在金属表面激光熔覆陶瓷材料过程中,过大的温度梯度产生的热应力易使熔覆层开裂。降低激光熔覆陶瓷材料过程中的温度梯度,一定程度上能够降低热应力,抑制裂纹缺陷产生。通过模拟计算Ti6Al4V基板上双激光束熔覆Al2O3涂层过程温度场的分布规律,提出采用能量均匀的平顶辅助激光束为熔覆过程提供预热缓冷的方法,通过改变平顶辅助光束光斑大小及功率密度,研究平顶辅助光束预热缓冷对熔覆层温度分布及温度梯度大小的影响。计算结果表明,平顶辅助激光束使熔覆过程出现明显的预热缓冷特征,能够有效降低熔覆层温度梯度。熔覆过程中Al2O3陶瓷塑性点(1533K)温度梯度随预热缓冷温度的升高而降低,但在预热缓冷温度升至塑性点附近温度时会引起塑性点温度梯度回升。实际加工中预热缓冷温度越高对加工过程越有利,但应避开塑性点附近温度。     

功能梯度材料制备技术研究进展

航空航天、能源动力等领域高端装备对零部件在多元苛刻环境下的服役性能提出了极高要求,而功能梯度材料作为一种以功能、性能驱动为基础的先进材料,打破了原本耦合在一起的材料性能,允许其中一个或多个性能单独改善,并且使得关键零部件在不同部位具有不同功能与性能成为可能,目前已经展示出了极强的发展潜力。首先介绍了功能梯度材料的梯度特性以及优势,并概述了功能梯度材料的发展情况。其次探讨了目前常用的几种梯度制备技术,主要包括气相沉积、热喷涂、激光增材制造、粉末冶金以及离心铸造等,并针对目前研究热度较高的金属/金属、金属/陶瓷类梯度材料的研究进展进行了总结。最后指出了目前功能梯度材料制备中尚存的关键问题,并对功能梯度材料研究进行了展望。     

激光功率对Al2O3-ZrO2共晶陶瓷成形质量的影响

采用激光近净成形系统成形了Al2O3-Zr O2(Y2O3)共晶陶瓷,研究了激光功率对成形形貌以及陶瓷内部裂纹、气孔的影响规律,利用X射线衍射仪和扫描电镜对样件进行相成分分析和微观组织观察。研究表明,相对较高的激光功率可以得到裂纹以及气孔较少的陶瓷样件;陶瓷样件具有紧凑排列的胞状共晶组织,亚微米级t-Zr O2(Y2O3)纤维均匀分布在胞状共晶组织内部。由于激光近净成形加工具有层层堆积的特点,微观组织呈现出垂直于沉积方向的周期性带状组织。     

Cf/C-SiC烧蚀行为及激光复合超声磨削可行性研究

目的 揭示激光与Cf/C-SiC陶瓷基复合材料相互作用机理,分析激光能量密度对材料形性演变的影响规律。提出Cf/C-SiC陶瓷基复合材料激光复合超声磨削加工方案,探究硬脆材料多能场复合加工的可行性。方法 使用不同能量密度的激光束扫描Cf/C-SiC陶瓷基复合材料表面,以明确材料烧蚀行为。在材料表面预制不同间距的平行纹理沟槽,进而对比传统磨削、超声辅助磨削和激光复合超声磨削的加工效果,同时研究不同扫描间距的预制沟槽对磨削效果的影响规律。结果 陶瓷基复合材料(CMC)在激光作用下可呈现2种截然不同的状态,改性状态时材料以氧化等热化学变化为主,样件内出现热影响区和裂纹区。烧蚀状态时材料以热物理和热机械变化为主,样件内出现烧蚀凹坑、重铸层、热影响区和裂纹区。纤维束中界面经整体脱黏后,裂纹向下延伸并发生偏转。基体中的裂纹多起源于纤维界面处,并在扩展过程中发生偏转、分叉。激光烧蚀作用可改变材料的可加工性,有利于后续超声磨削加工。激光复合超声磨削的两方向磨削力相较传统磨削分别减小了51.4%和56.5%,同时表面粗糙度Sa可降低至4.228 μm。结论 激光复合超声磨削可有效降低磨削力和加工表面粗糙度,从而提高加工质量,该方法在实现硬脆材料高质量低成本加工方面具有较大的潜能。