激光熔覆钴基合金的凝固组织特征及性能研究

利用电子显微技术和力学性能测试,研究了Q235低碳钢基体上激光熔覆Co基合金的凝固组织及其形成过程,讨论了熔覆层合金成分和显微硬度变化规律。结果表明,基体和熔覆层之间形成了良好的冶金结合。熔覆区的组织不均匀,。随着距交界面距离的增加,由胞状晶和逆热流方向外延生长的粗大树枝晶变为较细小的树枝晶,最终过渡到表层的细小树枝晶和等轴晶,熔覆层断口以沿晶断裂为主,激光熔覆对合金成分的稀释作用小。     

B4C对激光熔覆钴基合金涂层组织与耐磨性的影响

运用5kWcO2连续激光器在低碳钢表面激光熔覆Co基合金涂层(C065)及Co基合金中添加20％B4C(体积分数)的复合涂层(B4C／Co),研究了B4C对熔覆层组织、显微硬度及耐磨性的影响。结果表明,两种熔覆涂层均为树状枝晶生长的亚共晶组织。C055涂层主要由大量初生枝晶γ固溶体及其间的共晶组织1与(Cr,Fe)7C3组成;B4C／Co涂层主要由γ-Co,Cr7C3,Cr23c6,CrB2和Fe23(C,B)6组成,添加的B4C粒子在熔覆过程中全部熔解,但B4C／Co涂层组织与C055相比明显细化。B4C／Co涂层的显微硬度及耐磨性比Co65涂层都明显提高,并分析了涂层的强化机理。     

热处理对激光熔覆钴基合金涂层硬度与耐磨性的影响

采用激光熔覆技术在球墨铸铁表面制备钴基合金涂层,对钴基合金涂层进行了不同工艺的热处理。对不同工艺热处理试样组织进行了分析,讨论了不同工艺对钴基合金涂层硬度和耐磨性的影响。热处理试样的硬度相较于未处理试样均得到了提高。其中950℃分别处理1和2 h的试样硬度变化相似,分别为51.35和51.15 HRC,再后续825℃时效后的硬度分别为52.50和52.08 HRC。未处理试样的磨损量最高,耐磨性表现最差;其中950℃×1 h+825℃×24 h磨损量减少约5.3%; 950℃×3 h+825℃×24 h磨损量减少约12.8%,表现出较好的耐磨性能。     

双相不锈钢表面激光熔覆钴基合金组织和性能研究

目的提高2205双相不锈钢的耐磨性和耐腐蚀性能。方法采用激光熔覆技术,在2205双相不锈钢基体表面制备钴基合金熔覆层。用X射线衍射仪、光学显微镜检测钴基合金熔覆层的相组成和显微组织,用能谱仪测定熔覆层和基体界面区域的Fe和Cr元素分布,确定熔覆层界面过渡区域的宽度。用显微硬度计和湿砂磨粒磨损试验机,测试熔覆层硬度和耐磨性能。采用扫描电镜观察摩擦表面的磨损特性,分析钴基合金熔覆层的磨损机理。用电化学工作站测试熔覆层的电化学腐蚀特性,并用2205双相不锈钢作为对比试样做相应的性能试验。结果熔覆层由γ-Co固溶体和少量的Cr7C3、Cr2Ni3化合物相组成,界面处的熔覆层相组织是少量的平面晶和胞状晶,其他区域是发达的树枝晶。由于熔覆层由多道搭接和多层熔覆形成,树枝晶生长有方向性,但不是成固定的方向,并出现明显的分层现象。熔覆层过渡区范围为50μm左右,熔覆层平均显微硬度达477HV(0.1),远高于2205双相不锈钢基体(265HV(0.1))。当磨程达到3354m时,熔覆层的质量损失仅为10.3 mg,约为基体质量损失的1/3。在3.5%NaCl溶液中,熔覆层具有较高的极化电阻与电荷转移电阻和较小的自腐蚀电流。结论熔覆层组织致密,无气孔、裂纹等缺陷,与基体呈良好的冶金结合,钴基合金熔覆层具有良好的耐磨粒磨损性能和耐腐蚀性能。     

镍基合金表面激光熔覆钴基合金涂层的耐磨性能

为了提高涡轮叶尖端部的耐磨性能,以钴基合金粉末为涂层原材料,利用CO2激光器,在镍基合金表面上熔覆了优质耐磨涂层.采用销盘式摩擦磨损试验机进行了镍基合金及激光熔覆涂层的干摩擦磨损试验.试验结果表明,镍基合金的平均摩擦系数为0.48,钴基合金涂层的平均摩擦系数为0.30,钴基合金涂层的平均磨损量低于镍基合金材料,说明钴基合金涂层具有较高的耐磨性.     

激光熔覆钴基合金层组织

采用预置粉式激光熔覆工艺在低碳钢表面制备了自熔性Co基合金涂层,利用光学显微镜、透射电镜(TEM)及X射线衍射仪分析了熔覆层的组织特征和相结构。结果表明:熔覆层由基体向表面可分为平面晶区、胞状晶区和树枝晶区;熔覆层主要以较发达的γ-Co枝晶为主,树枝晶间分布着层片状的共晶(γ-Co+Cr23C6)组织,由于热应力的作用,有孪晶组织出现。在其他工艺参数不变的情况下,随扫描速度的增大,枝晶组织明显细化。     

半导体激光熔覆钴基合金的耐磨性

为了提高纸浆阀门的使用寿命,利用高功率半导体激光器在304不锈钢板上熔覆钴基耐磨涂层。研究了激光工艺对熔覆层性能的影响,对不同温度下熔覆层的耐磨性进行了分析,并与传统手工堆焊涂层进行比较。结果表明,稀释率越高,熔覆层硬度越低,当激光功率为2000 W,扫描速度为20 mm/s时,得到的熔覆层成形好、稀释率小。磨损试验结果表明,100 ℃、200 ℃时的涂层磨损机理主要为磨粒磨损;300 ℃、400 ℃时,发生粘着磨损。由于手工堆焊涂层稀释率高,晶粒粗大,硬度较激光熔覆层低,熔覆层耐磨性优于手工堆焊涂层。     

激光熔覆含B4Cp,SiCp钴基合金涂层的组织与耐磨性能

运用激光熔覆技术在16Mn钢表面制备了钴基合金涂层(Co55)、含20％SiCp(体积分数，下同)的钴基合金涂层(CoSiC)以及含20％B4Cp钴基合金涂层(CoB4C)，比较研究了合金涂层的组织、相结构、显微硬度及滑动磨损性能。结果表明：合金涂层由涂层结合区的胞状共晶组织及涂层区的树枝状亚共晶组织组成，CoSiC涂层及CoB4C涂层的树枝晶比C055涂层的更细小；B4Cp及SiCp在熔覆过程中完全熔解，其分解出的B，C，Si与涂层中的合金元素结合形成了更多的化合物，Co55涂层由γ—Co和(Cr，Fe)7C3组成，CoSiC涂层由γ—Co，Cr7C3，Cr23C6，CoSi2，Cr3Si和Si2W组成，CoB4C涂层由γ—Co，Cr7C3，Cr23C6，CrB，CrB2和Fe23(C，B)6组成；3种激光熔覆涂层的显微硬度及耐磨性由高到低的顺序为CoB4C→CoSiC→Co55。对涂层的强化机理进行了分析。     

激光宽带熔覆碳化钨/钴基合金的组织与性能

利用积分镜对激光束进行整形获得宽带激光束,进行宽带激光熔覆获得无裂纹WC/钴基合金层.对激光熔覆层用扫描电境(SEM)进行形貌观察,并进行能谱成分分析,用XRD进行合金物相表征.结果表明,熔覆层组织主要是由Co的过饱和固溶体、WC、W2C、CoCr、Cr7C3等相组成.W2C相的出现说明WC相发生了分解,WC等硬质相的存在导致熔覆层硬度的非均匀性.     

激光熔覆含B_4C_p,SiC_p钴基合金涂层的组织与耐磨性能

运用激光熔覆技术在16Mn钢表面制备了钴基合金涂层(Co55)、含20%SiCp(体积分数,下同)的钴基合金涂层(CoSiC)以及含20%B4Cp钴基合金涂层(CoB4C),比较研究了合金涂层的组织、相结构、显微硬度及滑动磨损性能。结果表明:合金涂层由涂层结合区的胞状共晶组织及涂层区的树枝状亚共晶组织组成,CoSiC涂层及CoB4C涂层的树枝晶比Co55涂层的更细小;B4Cp及SiCp在熔覆过程中完全熔解,其分解出的B,C,Si与涂层中的合金元素结合形成了更多的化合物,Co55涂层由γ Co和(Cr,Fe)7C3组成,CoSiC涂层由γ Co,Cr7C3,Cr23C6,CoSi2,Cr3Si和Si2W组成,CoB4C涂层由γ Co,Cr7C3,Cr23C6,CrB,CrB2和Fe23(C,B)6组成;3种激光熔覆涂层的显微硬度及耐磨性由高到低的顺序为CoB4C→CoSiC→Co55。对涂层的强化机理进行了分析。     

钼对钴基合金激光熔覆层组织与耐磨性的影响

利用激光熔覆技术在低碳钢基体表面制备了钴基合金涂层.利用金相显微镜(OP)、扫描电镜(SEM)及x射线衍射仪(XRD)等研究了不同Mo元素含量的钴基合金涂层的组织结构;通过采用显微硬度试验、滑动磨损试验等方法进行性能测试.结果表明,含5.4%Mo的合金熔覆层主要组成相为γ-Co,Cr_(23)C_6,而含28%Mo的合金涂层主要相组成为γ-Co,Cr_(23)C_6,Co_3Mo_2Si_2和NiCor等相;含5.4%Mo涂层的组织主要为柱状生长树枝晶;含28%Mo单道涂层的结合区为紊乱的粗大树枝晶,中部为向上生长的细小的树枝晶,表层为细小的等轴晶,多道搭接涂层组织为细小的等轴晶;含28%Mo涂层的显微硬度可达800 HV以上,比含5.4%Mo涂层的硬度提高了一倍;耐磨性也有不同程度的提高.

Abstract：

Co-based alloy coatings with different Mo content (5.4% and 28 % ) on the surface of low carbon steel were prepared by laser cladding. The microstructure and phases composition of the coatings were investigated by means of optical microscope (OP), scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction instrument (XRD). Microhardness and sliding wear resistance of the coatings were also tested. The results indicated that the main phases in Co-based alloy coatings with 5.4%Mo were γ-Co and Cr_(23) C_6. Another two phases of Co_3 Mo_2 Si and NiCoCr were identified in Co-based alloy coatings with 28% Mo. Directional dendrite was observed in Co-based alloy coatings with 5.4% Mo. Unidirectional dendrite at the interface, followed by fine dendrite at the central zone and equiaxed grain near top surface were found in Co-based alloy single coatings with 28% Mo, and almost all fine equiaxed grains appear in the multi-track coatings. The microhardness of Co-bascd alloy coatings with 28% Mo reaches up to 800 HV, which was 2 times of that of Co-based alloy coatings with 5.4% Mo. The sliding wear resistance was also improved.     

钛合金表面激光熔覆钴基合金层的组织及力学性能

在TC4钛合金表面利用激光熔覆Co基合金粉末涂层,利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和洛氏硬度计研究涂层的微观组织及力学性能。结果表明:当扫描速度固定为400 mm/s,激光功率为1.3、1.5、1.7 k W熔覆时,涂层与基体之间都实现了冶金结合。其中,激光功率为1.5 k W时熔覆效果最好,熔覆层内组织均匀致密无气孔和裂纹等缺陷。激光功率为1.3 k W时,熔覆层内出现了裂纹。当激光功率固定为1.5 k W,扫描速度为300、350、400 mm/s时,熔覆层和基体的结合情况良好,熔覆层内组织均匀致密无缺陷。随着激光功率和扫描速度的增大,涂层表面硬度呈减小的趋势,但都高于TC4基体硬度的两倍左右,表明在TC4表面激光熔覆Co基合金粉末涂层可以显著提高其硬度。     

应用稀土及激光熔覆工艺制备钴基合金梯度涂层

采用稀土变质及激光熔覆工艺在 2 0号钢基体上获得了钴基自熔合金梯度组织涂层。结果表明 ,2 0 4Co合金涂层组织为均匀的亚共晶 ,其组成相包括ε Co ,Co3 B ,M2 3 (C ,B) 6,Cr2 B及Co7W6化合物 ,平均硬度为HV10 70 ,比基体 (HV180 )高HV890 ,耐磨性与基体相比提高 1.5倍。在 2 0 4Co合金中加入 0 .6 %的稀土 ,可以获得梯度涂层。其组织由亚共晶向共晶连续过度 ,与前者相比 ,组成相增加了CeCr2 B4 ,最高硬度达HV12 0 4,比原合金高 12 .3%,耐磨性与基体相比提高近 2倍 ,比原合金提高了 2 5 %。     

Ni基合金基体激光熔覆Co基合金涂层的微观组织与性能

利用CO2激光热源在Inconel 600镍基合金基体上熔覆制备了纳米稀土Y2O3/Co-Cr-W系钴基合金涂层,并对涂层的组织及性能进行了分析。结果表明,Co基合金激光熔覆涂层由界面熔合区、柱状枝晶区及熔覆金属中心胞状区3个区域构成。稀土Y2O3/Co-Cr-W系钴基合金复合涂层距离表面2 mm左右显微硬度最高,为938.9 HV,而Inconel 600基体显微硬度只有362.0 HV。钴基合金涂层的耐磨性也大大高于基体组织,磨损40 min时磨损量为0.7 mg,只有基体组织的2.73%。     

激光参数对Ni基熔覆层结构及耐磨性的影响

采用热喷涂预置和激光熔覆方法在Q235钢基体上熔覆Ni基合金涂层和Ni/WC复合涂层，研究激光功率对涂层微观结构的影响。结果表明，选择合适的激光输出功率，可获得组织分布均匀、低稀释率、与基体结合良好的合金涂层；在Ni/WC复合涂层中，合理的激光功率使WC颗粒部分熔化，并在颗粒周围重新凝固并析出针状碳化物，这既有利于提高涂层的硬度又能使未熔化的WC颗粒与涂层内合金溶剂牢固结合。激光功率较大时涂层内WC颗粒烧损并沉底，沉积在涂层底部的WC颗粒，使基体到涂层的性能发生突变，这样既容易引发裂纹及疲劳破坏，又不利于涂层表面的耐磨。     

Ti掺杂对Cr-Fe合金粉激光熔覆层组织与性能的影响

采用CO2激光加工机,在Q235钢基体表面预涂覆加入不同Ti含量(1%~4%)的高碳Cr-Fe合金粉,制备熔覆涂层。采用OM、XRD及硬度测试、耐磨测试、腐蚀性能测试等手段,研究了Ti掺杂对涂层组织性能的影响。结果表明,加入Ti减小了熔覆涂层初生碳化物尺寸,使组织均匀细化,物相为α-Fe、CrFe、(Cr,Fe)7C3、Cr7C3、TiC和Cr23C6。当加入Ti量为2%时,涂层表面平均硬度达到最高917.8 HV0.2,磨损率为0.491 mg·mm-2,自腐蚀电流密度最小,为517.6μA·cm-2。     

激光熔覆MoFeCrTiWSix多主元合金涂层组织和性能研究

在Q235钢表面激光熔覆制备了MoFeCrTiWSi_x(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0)多主元合金涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和硬度计等系统研究了Si对涂层的组织、相结构、显微硬度及高温抗氧化性能的影响。结果表明:激光熔覆MoFeCrTiW多主元合金涂层为简单bcc结构,组织为等轴晶。添加Si后,涂层主体相仍为bcc结构,当x≥0.4后,会有少量金属间化合物生成,合金涂层由先共晶bcc相和共晶组织(bcc相+Cr5Fe50Mo8.9Si5.2Ti20.4相)组成,随着Si量的增加,先共晶相的形态由胞状树枝晶转变为柱状树枝晶和等轴树枝晶,共晶组织逐渐增多。涂层从表面至结合区的混合熵呈高熵-中熵变化。涂层硬度和900℃时的抗氧化性能随着Si含量的增加有所提高,当x=1时,涂层平均硬度及抗氧化性能最高。     

316L不锈钢表面激光熔覆钴基合金组织及锌蚀机理

采用半导体激光器在316L不锈钢表面制备钴基合金熔覆层,对激光熔覆层的组织形貌、成分、结构及锌蚀机理进行了系统研究.结果表明,选择优化的激光辐照工艺参数,获得的钴基合金熔覆层表面平整、无裂纹、与基材呈良好的冶金结合.钴基合金熔覆层主要由γ-Co,M₂₃C₆及耐腐蚀性能优异的Laves相Co₃Mo₂Si和少量硬质耐磨相Co₆W₆C组成.在460℃熔融锌中腐蚀试验表明,钴基合金熔覆层的锌蚀机理为选择性腐蚀,熔覆层表层出现一层亮白色腐蚀过渡层,在过渡层内钴基固溶体基体优先发生腐蚀,导致Laves相剥落,从而形成了锌液对钴基合金熔覆层的进一步腐蚀.