超高速激光熔覆低稀释率金属涂层微观组织及性能

新兴的超高速激光熔覆技术通过对熔覆头的精巧设计,可实现激光、粉末路径最佳耦合,使粉末在飞行空间熔化且基体表面仅形成微溶池,在保证冶金结合的同时,大幅提高熔覆效率及粉末利用率,可制备厚度<100 μm、稀释率< 5%的均匀薄涂层。 为进一步探索超高速激光熔覆涂层组织结构特点,扩展其应用范围,探讨了低功率下 4 种典型涂层的微观结构及性能。 结果表明:超高速激光熔覆可制备 120 ~ 500 μm,无气孔、裂纹的高质量涂层;涂层组织致密,结合区多为粗大柱状晶,表层区以细晶为主;基体熔化区可低至数微米,稀释率可低至 1%。 其中,镍基碳化钨涂层、铝合金耐磨涂层硬度明显高于基体;钛合金阻燃涂层在激光烧蚀后,烧蚀坑深度降低,热影响区减小;高熵合金阻扩散涂层预氧化后形成以 Al₂O₃ 为主的微米厚氧化膜,在上述涂层作用下,基体性能均得到提升。     

双电弧集成冷丝复合焊中冷丝位置对焊接过程的影响

搭建了双电弧集成冷丝复合焊接系统,研究了冷丝不同位置对焊接过程的影响机理,其中包括冷丝作用位置对其加热熔化作用及表面成形的影响。实验结果表明:冷丝从两引导焊丝正前方送入时,熔池前端对冷丝的加热熔化作用不充分,冷丝末端会顶触熔池底部,随着冷丝的持续送进和母材的向后移动,某一时刻冷丝回弹,焊丝末端的熔滴弹出落在母材表面形成大颗粒飞溅。当冷丝从侧面送入时,熔池一侧的温度较低,影响熔池金属的流动,导致最终的焊缝成形不对称分布。当冷丝从两引导焊丝正后方送入熔池时,冷丝始终插入熔池中,焊接过程稳定,是理想的冷丝作用位置。此外,随着冷丝送丝速度的增加,两种脉冲电流模式（同相和反相）下,熔敷率均随之增加,且相差不大。同相脉冲电流下电弧对冷丝的加热熔化作用最强烈,反相脉冲电流下次之,直流模式下最弱。      

超高速线光斑激光熔覆不锈钢涂层显微结构及性能研究

目的 设计超高速线光斑激光熔覆送粉喷嘴,在极高的熔覆效率和极低的搭接率下制备不锈钢熔覆涂层,对比研究圆光斑及线光斑下的熔覆涂层的微观组织结构及性能。方法 基于送粉喷嘴流场及粉末粒子运动轨迹的模拟研究,设计超高速线光斑激光熔覆专用送粉喷嘴。在此基础上,以27SiMn为基体,采用1 mm´ 10 mm线光斑,在10%搭接率、熔覆效率4.5 m²/h下,采用超高速线光斑激光熔覆FeCr合金薄涂层;作为对比,采用超高速圆形光斑(2 mm)激光在0.2 m²/h熔覆效率下熔覆FeCr合金涂层。采用SEM、XRD对比分析线光斑/圆光斑涂层微观组织结构与涂层显微硬度。结果 通收束角度为25°~27°的单流道送粉喷嘴可得到分布均匀、飞行速度适中的粉末束流。对比研究超高速线光斑及圆光斑激光熔覆涂层可知,相同扫描速度下2种光斑制备的涂层均较为致密,无裂纹与气孔,由熔覆层底部到熔覆层表面均呈现出平面晶—柱状晶—等轴晶的变化趋势,线光斑和圆光斑涂层硬度在700~800HV,线光斑下的熔覆层硬度分布更加均匀,表面粗糙度Ra可低至<4 μm,搭接率可低至10%,熔覆效率可达 4.5 m²/h,远高于圆光斑激光下的熔覆效率。结论 2种光斑模式下的涂层微观组织、相组成及硬度相当,但超高速线光斑激光熔覆层表面光洁度更高,表面粗糙度更低,熔覆效率可达圆光斑的20倍。     

激光熔覆高熵合金涂层组织结构及强化机理研究进展

激光熔覆作为一种绿色、高效的表面处理技术，能够快速制备组织致密、晶粒细小，与基体呈高强度冶金 结合的涂层，是近年来高熵合金领域的研究热点之一。概述了现有高熵合金涂层材料体系和制备方法，重点讨论 了激光熔覆CoCrFeNi-M 典型过渡族高熵合金涂层的组织结构，及其耐磨、耐蚀、抗高温氧化等性能，并归纳了 涂层的强化机制和方法。CoCrFeNi-M 系合金涂层主要呈现FCC 固溶体结构，综合力学性能普遍较好，通过合金 体系调控，在细晶强化、固溶强化、第二相强化等作用下，能够获得硬度、耐磨性、耐蚀性等性能的进一步提升。 同时，概述了激光熔覆难熔高熵合金涂层的组织结构，耐磨、耐蚀、抗高温氧化性能及性能强化机制，该体系合 金涂层主要呈现BCC 固溶体结构，硬度较高但室温韧性普遍不足，具有较好的高温强度，在高温领域具有较好 的应用前景，但抗高温氧化性能普遍不足，仍需通过合金体系优化进一步提升。此外，总结了基于激光熔覆技术 开展的高熵合金涂层制备及研究中存在的问题和不足，并展望了未来的发展方向。     

超高速与常规激光熔覆Fe基涂层微观组织及性能研究

目的 对比研究常规与超高速激光熔覆涂层的微观组织、相结构,明确涂层结构及性能间的构效关系。方法 以27SiMn为基体,分别采用常规和超高速激光熔覆技术制备Fe基涂层。采用扫描电镜(SEM)表征涂层的显微组织,用能谱仪(EDS)分析涂层的元素分布。采用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)和电子背散射衍射(EBSD)方法分析涂层的相组成。采用显微硬度计、电化学工作站等测试涂层的硬度分布及电化学特性。结果 常规与超高速激光熔覆涂层组织致密,均无明显气孔和裂纹等缺陷。相较于常规激光熔覆涂层,超高速激光熔覆涂层的晶粒更为细小,涂层成分接近粉末设计成分,晶内和晶间Cr元素分布更为均匀。2种工艺制备的涂层均由马氏体、铁素体和M型碳化物组成,但是超高速激光熔覆涂层所含马氏体和碳化物含量更低,使其硬度低于常规激光熔覆涂层。同时,与常规激光熔覆涂层相比,超高速激光熔覆涂层的自腐蚀电位由–0.56 V升高至–0.51 V,自腐蚀电流密度由1.3×10^–5 A/cm²显著降低至1.5× 10^–7 A/cm²。 结论 与常规激光熔覆相比,超高速激光熔覆涂层晶粒细小,成分均匀,具有更优异的耐腐蚀性能。与此同时,涂层的马氏体及碳化物含量更少,硬度更低。     

机器人自动脉冲TIG焊J形坡口焊缝填充策略

核电压力容器封头由半球形封头和多个圆管相贯构成,连接的焊缝为J形坡口,轨迹是球管相贯的空间曲线,位于封头内部.由于该焊缝的特殊性,目前普遍采用手工焊接,质量与效率不佳.文中针对核电压力容器封头J形坡口的机器人自动焊接技术提出了一种多层多道焊填充策略.通过焊接结构分析,确定了J形坡口的焊接工艺分区,提出了设定焊接层数、道数的焊接轨迹规划方法,进而提出了焊接工艺参数的设定规则并据此对焊缝形状进行控制.结果表明,应用文中提出的焊缝填充策略及焊缝形状控制方法可获得良好的焊缝成形.     

电极力对Cr12MoV电火花沉积YG6工艺影响

电火花沉积工艺自21世纪初开发以来,由于放电时间短,沉积层结合力强,被广泛应用于材料延寿及表面改性等领域.文中利用自动电火花沉积系统,结合高速摄像技术、金相分析技术,研究了Cr12MoV模具钢沉积YG6工艺过程,分析了电极力对沉积表面粗糙度、沉积效率的影响规律.结果表明,电极力是影响沉积层质量与沉积效率的关键参数,通过反复试验得到该工艺中的最优电极力参数为1.6 N,在此参数作用下,电火花放电形成了火花放电为主与短路放电为辅的放电形式,沉积效率高,表面粗糙度低.     

三熔化极MIG焊的燃弧形式及共有导电通道的建立

试验中搭建了单电源三熔化极MIG焊系统,利用电信号采集系统检测焊接电流和电弧电压,借助高速摄像系统同步拍摄电弧形态及熔滴过渡过程.通过改变不同的预设电压值,观察到了三种基本的燃弧形式,以此分析三电弧共有导电通道的建立.结果表明,三种基本的燃弧形式依次为单丝燃弧、双丝燃弧及三丝燃弧.共有导电通道的建立分三个阶段,首先三个电极与母材之间形成各自的导电通道,其次三个导电通道在电磁引力的作用下彼此倾斜,打破各自原有导电通道建立共同的导电通道,最后新的导电通道调整至稳定状态.共有导电通道的建立更有利于电弧稳定燃烧.     

电极力对Cr12MoV电火花沉积YG6工艺影响

电火花沉积工艺自21世纪初开发以来,由于放电时间短,沉积层结合力强,被广泛应用于材料延寿及表面改性等领域.文中利用自动电火花沉积系统,结合高速摄像技术、金相分析技术,研究了Cr12MoV模具钢沉积YG6工艺过程,分析了电极力对沉积表面粗糙度、沉积效率的影响规律.结果表明,电极力是影响沉积层质量与沉积效率的关键参数,通过反复试验得到该工艺中的最优电极力参数为1.6 N,在此参数作用下,电火花放电形成了火花放电为主与短路放电为辅的放电形式,沉积效率高,表面粗糙度低.