船舶维修与再制造用Mo2NiB2基金属陶瓷及涂层的制备和研究现状

在海洋高盐、高湿、磨损及循环载荷冲击的恶劣环境中,船舶关键零部件易发生腐蚀、磨损和疲劳失效,因此零部件需要进行维修与再制造,如通过焊接或激光熔覆等方法在表面制备一层耐腐耐磨涂层.Mo2NiB2基金属陶瓷因具有高硬度,优良的耐磨、耐蚀、耐高温氧化等性能而成为维修与再制造用涂层材料.简要描述了数值模拟在Mo2NiB2基金属陶瓷研究中的应用,详细介绍了Mo2NiB2基金属陶瓷或涂层的制备工艺以及不同工艺参数对材料组织和性能的影响,指出激光熔覆原位合成结合数值模拟是未来Mo2NiB2基金属陶瓷主要的研究方向.     

激光熔覆Mo2NiB2-Cr7C3复合陶瓷熔覆层组织结构与性能研究

目的 采用激光熔覆法在45#钢表面制备耐磨耐蚀的Mo2NiB2-Cr7C3复合陶瓷熔覆层,并研究制备工艺对组织结构与性能的影响.方法 采用3 mm/s与4 mm/s的激光扫描速率及添加Cr7C3颗粒的工艺,激光熔覆制备Mo2NiB2-Cr7C3熔覆层.利用扫描电镜、X射线能谱仪、X射线衍射仪对熔覆层的组织结构、元素分布与物相组成进行分析.利用维氏显微硬度计、摩擦磨损仪与电化学工作站对熔覆层的硬度、摩擦性能与腐蚀性能进行分析.结果 Mo2NiB2-Cr7C3复合陶瓷熔覆层与45#钢基材间存在熔合过渡区,形成良好的冶金结合.熔覆层物相主要由Mo2NiB2、Cr7C3、{FeNi}合金相组成,其中Mo2NiB2相与Cr7C3相在熔覆层中间位置处聚集,3 mm/s扫描速率增加了{FeNi}相的含量.熔覆层的显微硬度由表及里先增后减,最高值可达1300HV0.1以上,可提高45#钢的硬度(220HV0.1)6倍.相较于45#钢,熔覆层具有更低的摩擦因数、磨损量与更优的耐腐蚀性能,其中4 mm/s制备的Mo2NiB2-Cr7C3硬度最高,耐磨性能最优(平均摩擦因数为0.66,磨痕深度为8.6μm),耐腐蚀性能最好(腐蚀电流比45#钢低1个数量级).结论 较高的扫描速率(4 mm/s)与Cr7C3颗粒的添加可有效提高Mo2NiB2-Cr7C3熔覆层的机械与耐腐蚀性能,可用于45#钢的表面改性.     

大型桥式抓斗卸船机结构强度分析

以桥式抓斗卸船机金属结构作为计算模型,依据《欧洲起重机设计规范》（F．E．M）,利用有限元分析软件ANSYS对其进行仿真。根据实际情况建立了桥式抓斗卸船机的有限元模型,并针对不同工况,对其整机结构强度进行了分析。通过分析,确定了卸船机各工况下应力最大点,为整机结构的设计提供了有效的参考。     

激光熔覆原位合成Mo2NiB2涂层工艺研究

目的选择和优化激光熔覆工艺参数,以制备三元硼化物金属基陶瓷Mo_2NiB_2涂层。方法通过激光熔覆原位合成法在碳钢表面制备了以Mo_2NiB_2为增强相的涂层,并采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)及X射线衍射(XRD)对涂层组织进行分析。利用ANSYS计算熔覆过程的温度场,进而计算涂层凝固特征参数,即凝固形状控制因子。结果微观组织分析表明,在激光功率为2500 W、扫描速度为1.5 mm/s、预置厚度为1 mm时,可获得细密、均匀的组织,涂层中白色部分为生成的Mo_2NiB_2,灰色部分为Fe、Ni固溶体。涂层与基体结合部位以平面晶形式生长,然后以树枝晶的方式远离界面生长。温度场及凝固特征参数的计算表明,温度梯度达105℃/m数量级,形状控制因子达109(℃·s)/m~2数量级。结论激光功率的增加会使涂层中的枝晶组织趋于细密,形状因子K值大幅增大。凝固形状控制因子K为3×10~9~5×10~9(℃·s)/m~2时,凝固组织为平面晶,表现为"白亮带";K为7×10~9(℃·s)/m~2以上时,凝固组织为树枝晶;K为13×10~9(℃·s)/m~2时,树枝晶晶粒出现明显的细化现象。     

激光熔覆齿轮齿面的应力场有限元模拟

主要采用ANSYS软件,考虑曲面对激光功率分布不均的影响,应用有限单元法对熔覆层应力场和残余应力分布进行数值模拟,分析应力的产生和影响过程并与实验结果做对比分析。结论为激光功率越高,送粉速度越快,应力值越大。     

激光熔覆熔凝过程等离子体光信号的监测

激光熔覆熔凝过程监测是激光熔覆层质量控制的方法之一。采用基模激光,以类似预置粉末的方式,在一定的工艺条件下对45#钢样件表面激光熔覆Ni60,并采用光电管传感器对此实验条件下熔覆再熔凝过程中产生的等离子体特征信号之一光信号进行检测,并分析了激光功率、扫描速度与等离子体蓝紫光信号强度的关系以及蓝紫光信号强度与熔覆层质量的关系。实验结果表明,在此实验条件下光强信号随激光功率增大而增大,但幅度不大。在激光功率未达到某特定值时,激光功率不变,扫描速度增加光强减小;当激光功率达到或超过此值后,激光功率一定时光强信号随着扫描速度的增加而增大;当光强信号处于1.7~2.5μW/cm2间且波动幅度较小时熔覆层质量好。分析表明当激光功率突破阈值后,扫描速度增加熔深变浅,用于材料气化的能量增加,因此蓝紫光强度增大。     

Mo-Ni-B系三元硼化物制备与性能研究评述

Mo-Ni-B三元硼化物具有优良的力学性能和耐磨耐蚀性能。反应烧结法是最常见的制备方法。单纯添加不同元素(如Cr、V、Mn)或同时添加这些元素以及改变Mo/B原子比,会对陶瓷的力学性能(抗弯强度、硬度)、微观组织(平均粒径、收缩率、形成晶系)、耐磨耐蚀性能产生影响。Mo_2NiB_2在烧结过程中会因烧结温度和添加的元素等形成四方晶M_3B_2、M_5B_3以及斜方晶M_3B_2、M_5B_3等,这些物相与最终的性能密切相关。添加V或Cr会提高抗弯强度和硬度,促使斜方晶体M_3B_2向四方晶M_3B_2转变。添加Mn会细化Mo_2NiB_2晶粒,提高力学性能。M5B3只有在添加了其他元素后才会出现,并且与添加元素的含量、热处理及Mo/B比有关。烧结法制备的Mo_2NiB_2最高抗弯强度可达3.25 GPa,硬度可达89.6HRA。烧结法制备的陶瓷涂层在具体应用时需再次进行烧结才可与基体结合。而激光熔覆反应法及其他喷涂法可以在基体上直接形成陶瓷涂层。激光熔覆反应法可以制备耐蚀性超过304SS不锈钢的复合陶瓷涂层,硬度可达1100HV以上,制备工艺如激光工艺参数(激光功率、扫描速度)、粉末体系(原子比、添加元素)对涂层性能有很大的影响。激光功率为2500 W、扫描速度1.5 mm/s、Mo/B比为1时可获得性能优良的Mo_2NiB_2涂层。     

大型桥式抓斗卸船机结构强度分析

以桥式抓斗卸船机金属结构作为计算模型,依据《欧洲起重机设计规范》（F．E．M）,利用有限元分析软件ANSYS对其进行仿真。根据实际情况建立了桥式抓斗卸船机的有限元模型,并针对不同工况,对其整机结构强度进行了分析。通过分析,确定了卸船机各工况下应力最大点,为整机结构的设计提供了有效的参考。