激光熔覆制备高熵合金涂层的研究进展

激光熔覆技术具有高的冷却速度、低的稀释率、涂层与基体冶金结合等优点,采用激光熔覆技术制备耐磨性和耐腐蚀好的高熵合金涂层是近几年高熵合金领域的研究热点之一。首先概括了激光熔覆技术制备的高熵合金体系及组织结构特征,大多高熵合金涂层以固溶相为主,少数合金涂层形成了非晶相,与熔炼制备高熵合金块体材料相比,涂层组织具有均匀、细小致密等特点。然后介绍了涂层的性能特征,涂层具有较高的硬度、良好的耐磨性,同时指明高耐磨性涂层不仅具有高的硬度,同时还需要具有一定的塑韧性。涂层合金中大多包含有Al、Cr、Si和Co等形成稳定氧化膜的元素,呈现优异的抗腐蚀性能。随后重点概述了合金元素（Al、Mo、V、Ti、B、Ni、Nb和Cu等）、熔覆工艺参数（激光功率、扫描速度和预制层粉末厚度）和热处理工艺对涂层组织结构和性能的影响规律。其中,熔覆工艺参数对涂层组织结构和性能的影响研究相对较少,将是未来研究的重点内容之一。最后对激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题和未来的研究方向做了展望。     

激光熔覆高熵合金涂层的耐腐蚀性能研究进展

利用激光熔覆技术制备的高熵合金涂层已成为一种新兴的绿色清洁耐腐蚀涂层.为了最大程度发挥高熵合金涂层的耐腐蚀防护性能,需要探究激光熔覆高熵合金涂层耐腐蚀性能的影响因素及影响机理.首先阐述了高熵合金理论以及利用激光熔覆技术制备高熵合金涂层的优势,总结了高熵合金激光熔覆涂层优异耐腐蚀特性及耐腐蚀强化机理.重点综述了高熵合金元素组成、激光熔覆工艺参数、涂层后处理工艺以及服役温度4个因素,对高熵合金激光熔覆涂层耐腐蚀性能的影响规律与影响机理.高熵合金中适当添加Ni、Al、Ti等元素,在一定程度上可以提高涂层的耐腐蚀性,但是随着元素含量的进一步增加,由于高熵合金涂层的物相组成改变、晶格畸变严重、元素偏析加剧,可能导致涂层的耐腐蚀性能降低.适宜的激光加工参数可以使涂层具有较好的耐腐蚀性,原因在于涂层的缺陷较少、组织细密均匀.退火、激光重熔、超声冲击处理等涂层后处理工艺,通过改变高熵合金涂层的物相组成以及微观组织特征,来提高其耐腐蚀性.激光熔覆高熵合金涂层的服役环境温度越高,则腐蚀速率越快.最后,对激光熔覆高熵合金涂层的耐腐蚀性能强化方法进行了总结与展望.     

激光功率对激光熔覆WCP/Ni基金属陶瓷涂层的组织与磨损性能的影响

研究了3种不同功率(1．8kW、2．2kW、2．6kW)对激光熔覆WCp／Ni基金属陶瓷涂层的组织与磨损性能的影响．选择合适的激光功率(2．2kW)，可以获得WCp均匀分布并与基体合金结合良好的WCp／Ni涂层．激光熔覆过程中WC颗粒与基体合金界面间发生了扩散反应溶解，导致未熔WC颗粒周围形成了块状的富W碳化物，功率较高时更加明显．激光熔覆WCp／Ni基涂层由未熔WC颗粒，块状或枝晶状的富W碳化物，杆状的富Cr碳化物以及其间的γ枝晶固溶体及其共晶组织所组成．不同激光功率下的WCp／Ni涂层的显微硬度与耐磨性均远高于Ni60涂层，其中2．2kW功率的WCp／Ni基涂层的显微硬度最高，耐磨性最好。     

汽车用镁合金激光表面熔覆Al-Si合金涂层组织和性能研究

采用激光熔覆技术在汽车用镁合金表面制备Al-Si合金涂层,对Al-Si合金涂层的组织和性能进行研究。结果表明,Al-Si合金熔覆层组织主要为树枝晶,主要物相为Mg_2Al_3、Mg_(17)Al_(12)、Mg_2Si。镁合金激光表面熔覆Al-Si合金涂层硬度分为4个不同区域,分别为熔覆层、结合区、热影响区和镁基体,其中次表层硬度最高,基体层硬度最低。镁合金表面随着激光功率的增加,熔覆层耐磨性和耐腐蚀性能提高。随着激光功率的增加,耐磨性先增加后降低,耐蚀性逐渐提高。     

元素分布对FeCoCrNi高熵合金涂层微观组织的影响

聚焦于激光熔覆高熵合金表面强化技术,开展了6 mm厚TC4钛合金板材表面激光熔覆FeCoCrNi高熵合金涂层的研究. 首先通过X射线衍射(XRD)对FeCoCrNi高熵合金熔覆层进行物相分析,探究其相组成. 随后,利用金相显微镜和场发射扫描电子显微镜表征手段,探究了熔覆层以及其与TC4基体结合界面处的微观组织形态及物相分布. 结果表明,Ti,Ni组合和Ti,Co组合具有最大的负混合焓(?H_mix),因此易造成部分物相中(Ti,Ni,Co)的富集,而其周围相中则会呈现出(Fe,Cr)的富集. 结合界面上部和下部主要由灰色的柱状晶组成,中部区域主要由白色网状组织和灰色收缩孔洞组成.     

激光熔覆高熵合金涂层组织和性能研究的进展

高熵合金涂层性能优异,在航空航天等领域得到了广泛应用。综述了激光熔覆高熵合金涂层研究的新进展,包括激光熔覆工艺参数、合金成分、退火、超声表面滚压和超声冲击强化等。研究发现：影响激光熔覆高熵合金涂层组织和性能的工艺参数为激光功率、扫描速率、激光能量密度、送粉电压和氧气流量等;对组织和性能有影响的合金成分为Cu、Nb、Co、Cr、Mo、Ti、W等;退火、超声表面滚压和超声冲击处理也对涂层组织和性能有影响。     

激光熔覆FeCoNiCrAl高熵合金的组织与性能

采用额定功率为3 kW的Nd:YAG固体激光器在45钢表面激光熔覆制备了FeCoNiCrAl高熵合金,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜、显微硬度计和电化学工作站等研究了试样的组织、成分、硬度和耐腐蚀性能。结果表明:由于激光能量空间的非均匀分布及熔池与基体之间换热等的非均匀性,激光熔覆高熵合金与基体的交界面为波浪形;由于过冷度的差异,在熔覆区域靠近中心的组织为等轴晶,熔覆层与基体交界的组织为柱状枝晶;由于激光熔覆过程的快速加热和冷却综合影响,完全相变区组织为马氏体与残留奥氏体;由于激光熔覆晶粒细化和Al元素引起的晶格畸变等综合影响,熔覆区域硬度是基体的2～3倍。     

激光功率对FeCoNiCrMo高熵合金/氧化石墨烯复合涂层组织及耐腐蚀性能的影响

以17-4PH不锈钢为基体材料,采用激光熔覆技术在不同激光功率(1600, 1800, 2000, 2200 W)下制备了FeCoNiCrMo高熵合金/氧化石墨烯复合涂层,研究了复合涂层的显微组织、物相组成、显微硬度分布和耐腐蚀性能。结果表明,制备的FeCoNiCrMo高熵合金/氧化石墨烯复合涂层的微观组织由体心立方(BCC)固溶体和M₂₃C₆、M₇C₃、Co₂C等金属间化合物组成;随着激光功率的增加,金属间化合物形成的析出相增加,涂层耐腐蚀性能先增加后降低。当激光功率为2000 W时,涂层的硬度最高,且具有最佳的耐腐蚀性能,其自腐蚀电位为0.631 V,约为基体的2.66倍,自腐蚀电流密度为0.319 μA/cm²。激光功率是影响FeCoNiCrMo高熵合金/氧化石墨烯复合涂层组织及耐腐蚀性的显著因素,激光功率的增大促进了涂层中碳化物析出相的生长,有利于提高涂层硬度与耐腐蚀性能,但过高的激光功率下生成的大量硬质金属间化合物增大了涂层的裂纹敏感性,涂层产生明显裂纹,导致涂层耐腐蚀性能降低。     

激光功率对T10钢表面高熵合金熔覆层组织及性能的影响

利用激光熔覆方法在热处理后的T10A钢表面制备FeCrTiMoNiCo高熵涂层,然后利用X射线衍射仪和显微镜分析了试样熔覆层及基体界面处的相结构及组织变化,并采用显微硬度计测试了试样处理后的截面硬度。结果表明,经过激光熔覆技术得到的高熵合金层主要由Fe基固溶体组成,并且含有少量的金属间化合物,激光功率对化合物组成有一定影响。熔覆层的组织为椭圆形胞状晶和柱状晶,其中胞状晶沿着短轴方向排列成长条状,熔覆层厚度随激光功率的增加逐渐提高。熔覆层的硬度最高达到了780 HV,比基体硬度高230 HV,随激光功率的增加,硬度先增加后降低。     

激光能量密度对NiCrCoTiV高熵合金涂层组织结构及耐蚀性能的影响

目的 探究激光能量密度对NiCrCoTiV高熵合金涂层组织结构及耐腐蚀性能的影响。方法 以Ti-6Al-4V为基体材料,通过激光熔覆手段,在四种不同激光参数条件下制备了NiCrCoTiV高熵合金涂层。利用扫描电子显微镜（SEM）及X射线衍射仪（XRD）表征了高熵合金涂层的物相组成及显微组织。通过电化学测试系统对涂层的耐腐蚀性能进行了分析。结果 采用激光熔覆技术方法成功在Ti-6Al-4V基体表面制备出NiCrCoTiV高熵合金涂层,其微观组织均由BCC高熵合金相、α-Ti相和(Ni,Co)Ti2相组成。由于稀释作用,涂层中出现了黑色的富钛稀释相。随着激光能量密度的减小,黑色相尺寸和总面积减小,分布更均匀。激光密度为53 J/mm2制得的涂层稀释率最低,固溶程度良好。NiCrCoTiV高熵合金涂层在3.5%NaCl溶液中的钝化区间基本相同,激光密度为53 J/mm2制得的涂层自腐蚀电位最大,为-0.262 V,自腐蚀电流密度最小,为1.3705×10-7 A/cm2,其抵抗均匀腐蚀能力最优。此外,NiCrCoTiV高熵合金涂层在NaCl+H2SO4的混合溶液中仍具有相对较好的耐腐蚀性能,自腐蚀电流密度达到了10-6~10-4 A/cm2数量级。结论 激光能量密度会直接影响NiCrCoTiV高熵合金涂层的组织结构及耐蚀性能。激光能量密度越低,涂层的晶粒越细,相分布更均匀,耐蚀性能越好。     

激光熔覆纳米TiC增强AlCoCrFeNi高熵合金磨损及腐蚀性能研究

采用激光熔覆技术在 304 不锈钢表层制备了纳米 TiC 增强 AlCoCrFeNi 高熵合金涂层,利用扫描电镜、能谱仪、X 射线衍射仪等设备系统研究了涂层的组织形貌、相结构及元素分布;采用显微硬度计、摩擦磨损仪、超景深显微镜和电化学工作站等设备表征了涂层的硬度分布、磨损特性及耐腐蚀性能。结果表明,类球形纳米级 TiC 与棒状微米级 TiC 沉淀相均匀分布在涂层 bcc（B2）相基体中。添加 TiC 增强相后,AlCoCrFeNi 高熵合金涂层的硬度比未添加 TiC 涂层的硬度提升了 15%;表层磨损率及磨损后表面单位面积粗糙度（Sa）分别较 AlCoCrFeNi 高熵合金涂层降低了 42% 和 18%,涂层中 TiC 增强相的弥散强化作用是涂层硬度、耐磨性提升的主要原因。添加 TiC 的 AlCoCrFeNi 高熵合金涂层较未添加 TiC 涂层的自腐蚀电流降低了约1个数量级,TiC 增强相使涂层表面形成致密的钝化膜是其耐蚀性能好的主要原因。     

扫描速度对激光熔覆Ni基WC合金涂层组织与性能的影响

在45钢表面激光熔覆镍基WC合金涂层,分析扫描速度对熔覆层的成型、组织和性能的影响。采用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度仪和摩擦磨损试验机对熔覆层的显微组织、化学成分、相组成以及耐磨耐蚀性进行分析测试。结果表明,熔覆层组织致密,与基体有良好的冶金结合。扫描速度增大,熔覆层出现裂纹的倾向增大,底部柱状晶外延生长层宽度减小,组织晶粒细化,相组成种类几乎没有变化,显微硬度增大,耐磨耐蚀性提高。当扫描速度为200 mm/min时得到成型性及耐磨耐蚀性优良的熔覆层。     

不锈钢表面激光熔覆层耐腐蚀研究

研究了在耐酸不锈钢基体上采用激光熔覆和等离子喷焊两种工艺形成的涂层对耐腐蚀性的影响。使用５ｋＷ横流ＣＯ２激光器对预置于基体上的Ｃｏ基自熔合金粉末进行单道或多道扫描。得到的熔层与等离子焊层对比,激光熔层缺陷率低,成品率高。其组织细密均匀,晶粒细小,成分稀释率更小,对其体热影响小,熔层硬度与强韧性更高。性能试验证明,激光熔层具有更高的耐腐蚀性能。     

AZ91D镁合金表面激光熔覆Al-TiC涂层组织和性能的研究

目的研究Al-TiC涂层组织和性能的特性,以提高镁合金涂层的硬度和耐蚀性能。方法采用Nd:YAG固体激光器,在AZ91D镁合金表面通过激光熔覆制备Al-TiC涂层,采用光学显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、电化学工作站,对熔覆层的组织形貌、物相结构、显微硬度和耐蚀性能进行测定和分析。结果 Al-TiC涂层的主要组成相有AlTi_3(C,N)_(0.6),Al_3Mg_2,Mg_2Al_3,Al和TiC等。激光熔覆层的厚度约为0.35 mm,表面成型良好,结合层晶粒细小,熔覆层与镁合金基体之间结合良好,呈大波浪形。熔覆层试样的平均显微硬度为224HV,约为基体显微硬度(62HV)的4倍,由此表明熔覆层对镁合金硬度有明显的增强作用。镁合金基体的自腐蚀电位为-1.475 V,自腐蚀电流密度为7.556×10~(–5) A/cm~2,熔覆层试样的自腐蚀电位为-1.138V,自腐蚀电流密度为4.828×10~(–5) A/cm~2,与镁合金基体相比,熔覆层的腐蚀电位值增加,腐蚀电流密度值变小,熔覆层的耐蚀性能得到提高。结论采用激光熔覆技术,能够在AZ91D镁合金基体表面制备Al-TiC涂层,由于硬质相AlTi_3(C,N)_(0.6),Al_3Mg_2,Mg_2Al_3,TiC等的存在,熔覆层的显微硬度和耐蚀性能显著提高。     

304LN不锈钢表面激光熔覆钴基合金组织和性能

为了提高304LN不锈钢的耐磨性,延长控制棒导向筒组件使用寿命,采用激光熔覆技术在304LN不锈钢表面制备了Stellite 6钴基熔覆层.利用光学显微镜(OM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦磨损试验机、腐蚀试验装置等多种试验测试设备,分析了熔覆层组织形貌、成分、显微硬度、摩擦磨损性能及腐蚀行为,确定了多道多层钴基熔覆层的工艺参数.结果表明,熔覆层与基体之间形成了冶金结合,显微组织主要由平面晶区、胞状和柱状晶区、树枝晶区和等轴晶区组成.熔覆层硬度为500 ~ 550 HV,摩擦磨损系数为0.30 ~ 0.35,熔覆层均匀腐蚀速率和缝隙腐蚀速率分别为0.153 和0.143 mg/(dm2·d). 激光熔覆钴基合金可以有效提高304LN不锈钢表面的硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能.     

Laser surface modification using Inconel 617 machining swarf as coating material

A single-stage, blown powder laser cladding process is used to deposit a protective layer of Ni-based alloy Inconel 617 on mild steel substrates. A Design of Experiments methodology is used to analyse the effects of the major laser cladding processing parameters on the deposited layer characteristics. Layer thickness, microstructure, dilution, elemental composition and corrosion resistance are analysed and correlated with the processing parameters and the overall effectiveness of the protective coating assessed. The work is different in that the protective material, usually in the form of costly powder, is in this case virtually cost-free and simply recycled from machining waste without any costly atomisation or similar process. The results show a number of significant relationships between the processing parameters and the effectiveness of the protective coating. The layer thickness and hardness were found to increase with the mass feed rate and decrease with an increase in laser power. A mainly columnar dendritic microstructure was observed in the clads. There was no evidence of significant bonding defects, trapped unmelted particles or porosity under most conditions. In all samples, the coatings displayed significant higher corrosion resistance than the mild steel sample.     

Laser cladding of Ni-based alloy on stainless steel

The coatings on a stainless steel substrate were conducted by laser cladding of Ni-based alloy, using a 5 kW continuous wave CO2 flow transverse laser. SEM, EDX and X-ray diffraction were used to analyze the microstructure and constituent phases of the obtained coatings by laser cladding with direct injection of the powder into the melt pool. Solidification planar, cellular and dendrite structures were observed in Ni-based alloy coating. There exists an optimum metallurgical bond between Ni-based laser cladding layer and the base material. The high hardness of the Ni-based alloy coating is attributed to the presence of M7C3-type carbides (essentially chromium-riched carbide) dispersed in the γ(Ni,Fe) phase matrix.