多冲碰撞载荷下激光涂层的接触损伤分析

进行了激光熔覆试件的多冲碰撞试验,并对多冲碰撞接触疲劳损伤的表象和机理进行 了微观分析。观察到多冲碰撞载荷下试件表面的微观点蚀较为普遍;接触疲劳点蚀深度大约为0. 05～0. 1mm或更浅,比一般滚动或滚滑接触疲劳的点蚀坑浅得多。激光涂层多冲碰撞表面点蚀剥落一般在较小的应力下发生,裂纹萌生周期较长;而表面剥层一般在较大应力下发生,裂纹萌生周期较短。     

多冲接触载荷下激光涂层/基体系统的多因素耦合寿命研究

给出了多冲接触载荷的定义。针对化工、治金设备相关零件在多冲接触载荷下的失效特征 ,提出了相应的失效判据。制备了自熔合金粉末激光熔覆涂层试件 ,在冲击疲劳试验机上进行了多冲接触疲劳寿命试验 ,获得了各种条件下多组P -S -N曲线。考察了涂层材料、基体材料、涂层厚度等各个因素及其耦合对激光涂层 /基体系统疲劳强度和寿命的影响 ,给出了多因素耦合背景下的寿命分析结果     

激光感应复合熔覆镍基涂层的裂纹研究

采用送粉激光感应复合熔覆技术制备了镍基合金熔覆涂层,研究了涂层的组织和裂纹行为.研究结果表明,镍基合金熔覆层具有很大的裂纹倾向,激光感应复合熔覆中工艺参数对裂纹形态有较大的影响,感应加热可以有效抑制熔覆层的开裂行为,感应能量的加入使熔覆层、热影响区和基体显微硬度有所降低.熔覆过程中主要产生残余热应力,随着感应能量的增加,熔覆层残余拉应力明显减小,当感应能量密度达到36J/mm2时,基体表面温度约为600℃,裂纹完全消除.     

超音速激光沉积WC/Stellite 6复合涂层显微组织特征的研究

超音速激光沉积技术(SLD)将激光技术与冷喷涂技术相结合,在保持冷喷涂固态沉积的优势下,极大地拓展了单一冷喷涂技术的可喷涂材料范围。采用超音速激光沉积技术制备了单一冷喷涂难以制备的WC/Stellite 6金属基复合涂层(MMC),并与激光熔覆(LC)涂层在宏观形貌、显微组织、界面稀释、未熔WC占比、涂层抗裂纹扩展性能等方面进行对比研究。研究表明:具有固态沉积特点的超音速激光沉积涂层避免了热加工过程中的WC分解与溶解问题,在采用相同比例的WC/Stellite 6复合材料情况下,超音速激光沉积涂层中WC体积占比为27.6%,高于激光熔覆层的3.7%;激光熔覆层稀释率约为8.9%,而超音速激光沉积涂层无宏观稀释区;大载荷压痕测试结果显示激光熔覆涂层压痕处出现大量放射状裂纹而超音速激光沉积涂层无裂纹出现,表明超音速激光沉积涂层抗裂纹扩展能力优于激光熔覆涂层。     

反应放热激光熔覆过程中的熔池状态分析

对激光熔覆涂层过程中,激光能量问题以及动态熔池的对流变化和温度场分布进行了分析,重点研究了反应放热激光熔覆的熔池特点.普通激光熔覆由于存在激光能量问题,不易得到较厚涂层.反应放热制备激光涂层时,材料在熔池中发生反应,放出大量热量,可以补充所需的能量,有利于熔化较厚的预涂层.并且,反应放热生成的增强相性能优良,是进行激光熔覆涂层的优选方法.在钛合金表面上,通过NiCrBSi和NiCrBSi+5wt.%B4C两种材料体系的激光熔覆试验,验证了反应放热制备激光涂层的优越性.     

激光熔覆复合涂层WC对裂纹产生机理影响研究

为了研究复合涂层中碳化钨(WC)组织演变对裂纹产生的影响机理, 采用单层激光熔覆、过渡层梯度熔覆与双层熔覆制备3种Ni50A/WC复合涂层对比的方法, 分析涂层的形貌与组织、裂纹产生特点以及原因, 探究WC的组织演变对裂纹产生的影响。结果表明, 不同熔覆方法的WC组织演变对裂纹产生的影响主要由残余WC颗粒内部开裂形成裂纹源、硬质相元素引起成分偏析等作用组成; 双层熔覆、梯度熔覆涂层与单层熔覆涂层相比, 由于粉末吸收了更多的能量, 残余WC颗粒含量降低了32.7%与37.9%, 减少了涂层内部裂纹源; 共晶化合物的W元素质量分数也从单层熔覆涂层的0.534分别下降到双层熔覆涂层的0.417与梯度熔覆涂层的0.386, 降低了硬质相元素集中程度, 减少了涂层成分偏析, 降低了涂层开裂敏感性。该研究对改善激光熔覆复合涂层的开裂问题、提高复合涂层的成品率有一定的指导意义。     

激光熔覆技术研究现状及其发展

在简要阐释激光熔覆技术工作原理和技术特点的基础上,介绍了激光熔覆材料体系、工艺种类、工艺参数和涂覆层微观组织结构,另外讨论了激光熔覆技术所面临的主要问题,并提出了激光熔覆技术的发展趋势。重点介绍了所做的一些相关工作:激光熔覆MCrAlY涂层、激光熔覆纳米涂层、激光熔覆过程中热力耦合有限元数值模拟、激光熔覆过程裂纹形成机理及控制、激光熔覆纳米陶瓷颗粒增强金属基梯度涂层以及激光多层熔覆大厚度纳米热障陶瓷涂层成型控制等。     

氧化锆掺杂激光熔覆涂层成形、结构与增韧机制

本文利用氧化锆陶瓷在不同凝固成形条件下具有相结构变化的特点,将其作为激光熔覆涂层的增韧相.激光熔覆试验结果表明含氧化锆增韧激光熔覆涂层成形关键在于控制熔池熔体的流动性,低的激光线功率密度有助于分层现象的消除:扫描电镜和能谱分析表明氧化锆陶瓷在熔覆层中没有显著的富集,且点状弥散分布较均匀,同时XRD图谱证明激光熔覆层中氧化锆为单斜相结构,达到了利用氧化锆相变消除残余热应力裂纹的目的,从而可以解决激光熔覆裂纹产生的关键问题.     

抽油杆接箍表面高速激光熔覆不锈钢涂层的组织与性能

为提高抽油杆接箍表面的耐磨、耐蚀性能,利用高速激光熔覆技术在35CrMo抽油杆接箍表面制备了马氏体不锈钢涂层,并进行了激光重熔处理。采用光学显微镜、X射线衍射仪、硬度计、摩擦磨损试验机及电化学工作站研究了高速激光熔覆层和重熔层的组织结构、硬度、摩擦磨损性能与电化学腐蚀行为。结果表明:高速激光熔覆涂层表面平整均匀,表面粗糙度为15.7μm,无气孔、夹杂、裂纹等缺陷;重熔涂层的表面粗糙度可达5.4μm;高速熔覆涂层和重熔涂层均由单一的马氏体相组成;熔覆层呈现多层搭接的分层特征,熔覆层界面区为平面晶,中部为外延生长的树枝晶,表面为无明显方向的细小树枝晶;重熔使多层搭接特征基本消失,并细化了表层的树枝晶;高速激光熔覆涂层和重熔层的硬度均值分别为470 HV和494 HV。高速激光熔覆提高了基材的耐磨性及耐蚀性,激光重熔可进一步提高涂层的耐磨和耐蚀性。高速激光熔覆和重熔高性能涂层为抽油杆接箍的表面改性提供了新的思路和方法。     

17-4PH不锈钢表面激光熔覆Stellite6合金涂层高周疲劳行为研究

利用半导体激光器在汽轮机末级叶片材料17-4PH不锈钢表面激光熔覆Stellite6合金涂层,然后分别制备17-4PH不锈钢、17-4PH不锈钢表面激光熔覆和17-4PH不锈钢表面激光熔覆后经550℃×6h热处理的疲劳试样,进行高周拉压疲劳试验,并对疲劳断口进行扫描电镜(SEM)分析。试验结果表明:在107循环周次条件下,基材17-4PH不锈钢的疲劳极限为470MPa,基材表面激光熔覆Stellite6合金涂层试样的疲劳极限下降到380MPa,而基材表面激光熔覆Stellite6合金涂层经过热处理后的试样可达到440MPa;基材17-4PH不锈钢的裂纹源通常位于表面、近表面或内部缺陷处,裂纹扩展区具有明显的疲劳辉纹特征,瞬断区为韧窝特征;而熔覆试样的裂纹源位于熔覆层侧的缺陷处或熔覆层与基体的界面结合处,然后向熔覆层和基体两侧扩展,熔覆层侧呈脆性沿晶断裂,基体呈韧性疲劳断裂。     

关于激光熔覆裂纹问题的研究

由于激光熔覆技术自身的特点,激光熔覆处理后材料表面极易形成裂纹,已成为阻碍激光熔覆技术工业化应用的主要障碍之一。为解决此问题,加快推动激光熔覆技术的工业化应用,本文综述了国内外激光熔覆裂纹研究现状,着重分析了激光熔覆层裂纹的产生原因,归纳了熔覆层裂纹的表现形式,总结了目前抑制裂纹产生的防止措施,为防止裂纹的产生提供了理论和实践依据。     

基于绿色再制造的火车车钩裂纹激光修复和表面强化

车钩是铁路车辆的关键部件之一,钩尾销孔承载面产生的裂纹是其主要失效形式.为了实现对车钩的绿色再制造,文中通过实验研究了激光熔覆技术在车钩裂纹修复方面的应用,并分析了熔覆材料的硬度分布、耐磨性、低温冲击韧性以及结合区域的微观组织特征.实验结果表明,熔覆材料与基体实现了冶金结合,硬度分布合理,耐磨性和低温冲击韧性都比母材有了较大提高,为开展产业化的绿色再制造奠定了基础.为了防止新造车钩出现裂纹,提出了一种新的激光淬火工艺,替代原有的中频淬火工艺,实验结果表明,激光淬火的硬度和耐磨性都比中频淬火有较大提高,而且兼顾了车钩总体的力学性能,可以在实际生产中应用.     

激光-感应复合熔覆Ni基WC复合层的工艺研究

为了提高熔覆效率与消除熔覆层的裂纹,采用激光-感应复合熔覆的方法在A3表面获得了无气孔与裂纹的Ni基WC复合层。研究了不同的加工参量对复合层质量的影响,结果表明,随着激光比能的增加,粉末面密度增加;在相同的激光比能条件下,随着粉末面密度增加,熔覆层的高度增加,稀释率减小;在相同的粉末面密度条件下,随着激光比能的增加,熔覆层的宽度略有增加。此外,相对于单纯的激光熔覆技术,激光-感应复合熔覆的效率约可以提高5倍。在激光-感应复合熔覆过程中,熔覆层与基材间的温度梯度大大降低,这是Ni基WC复合层无裂纹的关键原因。     

Inconel 738激光熔覆层的裂纹控制方法

针对镍基高温合金激光熔覆过程中覆层极易产生裂纹的问题,在高温合金K438基体上激光熔覆Inconel 738合金粉,研究了熔覆层的开裂机理以及裂纹控制方法。裂纹由靠近基体端的过渡层产生并扩展到熔覆层,具有典型的沿晶特征,裂纹的形成主要与熔覆层中的热输入和低熔共晶相有关。从减少激光熔覆层中的低熔共晶相出发,通过优化激光熔覆工艺参数、添加适量Y2O3以及对基体进行同步冷却,可在一定程度上减少甚至避免熔覆层裂纹的产生。     

Ni60激光熔覆工艺参量对涂层裂纹及厚度的影响

为了研究工艺参量对激光熔覆Ni60涂层裂纹及厚度影响,采用在45#钢基材表面熔覆Ni60合金粉末的正交试验方法,分析了影响裂纹产生的工艺参量的主次因素以及影响涂层厚度的主要因素,并对试验结果进行极差分析,获取了裂纹最少的最优工艺参量。结果表明,影响裂纹产生的主次因素为扫描速率＞送粉速率＞激光功率,裂纹最少的工艺参量为激光功率1400W,扫描速率4.0mm/s,送粉速率为1.0r/min,此时,在熔覆起始位置出现了一条短裂纹;对涂层厚度的影响程度主次因素为送粉速率＞扫描速率＞激光功率;经测量,熔覆层的硬度是基材的3.3倍,通过扫描电镜分析,涂层与基材形成良好的冶金结合,熔覆层晶粒组织均匀致密。该研究为Ni60合金粉末激光熔覆工程化应用提供了参考。     

激光熔覆过程中裂纹在线研究

激光熔覆层中的裂纹一直是一个限制其工业应用的难题。本文首次提出利用声发射技术在线检测熔覆及冷却过程中裂纹的发生和扩展,对三种熔覆粉末的裂纹信号进行分析比较,得出随熔覆层面积厚度及冷却速度的增加,裂纹数增大。多数裂纹产生于熔覆过程,个别在冷却过程。裂纹走向以垂直于激光扫描方向为主,裂纹起源为熔覆层和基体结合带,多数贯穿整个熔覆表面。如能结合热检测,可通过对熔覆材料特定温度下性能改进控制熔覆层裂纹。     

激光快速成形过程中熔覆层的两种开裂行为及其机理研究

激光快速成形技术是在激光熔覆技术及快速原型技术的基础上发展起来的一项新的先进的制造技术,能够实现高性能致密金属零件的快速无模近终形制造。但是,如果成形条件控制不当,易于在成形件中产生裂纹、气孔、夹杂、层间结合不良等缺陷,而裂纹是成形过程中最常见、破坏性最大的一种缺陷。本文采用微观测试分析方法,深入研究了激光快速成形某些合金粉末过程中熔覆层的开裂行为及裂纹形成机理。研究结果表明,对于镍基自熔合金,熔覆层的开裂属于冷裂纹范畴,是熔覆合金的低延性及成形过程中热应力双重作用的结果。对于奥氏体不锈钢等材料,熔覆层的开裂属于热裂纹范畴,裂纹产生的主要原因是由于凝固温度区间内晶界处的残余液相受熔覆层中的热应力作用所导致的液膜分离的结果。     

AA6061铝基材上激光熔覆Cu／Cr合金层的研究

在易氧化的纯AI表面制备Cu/Ar合金熔覆层,因二者的熔点温度差别大且容易结合过渡区产生脆性裂纹而有一定难度。本文通过扫描电镜（SEM）分析研究了激光工艺参数对Cu/Ar熔覆层过渡区裂纹倾向的影响。实验结果表明,以1．06μm波长的Nd:YAG激光器的聚焦光束为热源,通过选择合适的激光工艺参数,可获得理想的Cu/Ar合金熔覆层,这对于改进铝材表面的物理、化学性能并进一步开发其作为电接触材料具有应用价值。