用高频熔敷法研制耐磨材料

高频熔敷是以高频感应为热源来熔化金属粉样的一种工艺。本文介绍了高频熔敷的原理及试样制取方法 ,并以高铬铸铁和低合金耐磨钢两种耐磨材料的制取为例 ,论述了高频熔敷法研制耐磨材料的可行性     

WC颗粒对高铬铸铁基高频感应堆焊层耐磨性的研究

通过高频感应加热技术制备添加WC颗粒的高铬铸铁基堆焊层,并对堆焊层的硬度、显微组织、物相进行表征;利用回转式磨料磨损试验机进行磨损实验。结果表明:堆焊层中主要物相为γ-Fe、(Cr,Fe)_7(C,B)_3、WC及W_2C等。实验证明,当WC含量为30%时,堆焊层具有最优的耐磨性。     

铸铁表面激光熔敷层的抗裂性和耐磨性

采用免预热多道搭接的激光熔敷工艺，在铸铁表面制备出抗裂耐磨的激光熔敷层，研究了激光功率和扫描速度对熔敷层抗裂性的影响。适当的激光功率和扫描速度可以使铁基熔敷层的裂纹率最低．随着Ni含量的增加，熔敷层内奥氏体相体积分数增加；K可促进共晶碳化物团球化，熔敷层抗裂性增强．通过对铸铁表面激光熔敷层裂纹的萌生与扩展的动态观察，揭示了熔敷层开裂的微观机制．裂纹易在粗大渗碳体区或石墨与奥氏体的界面处萌生，奥氏体可明显抑制裂纹的扩展．Ti含量增加使熔敷层中原位自生的TiC的体积分数增大，熔敷层磨损质量损失减少，耐磨性增强．     

热轧45钢表面Ni60-WC涂层的高频感应熔覆及其电接触强化前后的性能

为了降低WC增强镍基合涂层的制备成本,提高其表面性能,采用高频感应熔覆技术在热轧45钢表面制备Ni60-WC合金层,并对熔覆层进行电接触强化。采用光学显微镜、X射线衍射仪及显微硬度计分析了熔覆层电接触强化前后的形貌、相结构及显微硬度;采用滚动疲劳接触磨损试验研究了熔覆层电接触强化前后的耐磨性。结果表明:热轧态45钢感应熔覆层组织较为致密,但存在孔洞、夹生缺陷;熔覆层电接触强化后组织更加致密,孔洞减少,夹生层重新熔合,热影响区减小;熔覆层电接触强化前后的相结构相同,均由WC,W2C,Cr23C6,Cr7C3,Fe Ni,Ni3Fe等相组成;熔覆层电接触强化后的显微硬度和耐磨性较电接触强化前大幅提高,熔覆层电接触强化后抗疲劳磨损性能大幅提高且远高于淬火态45钢的。     

铸铁表面激光熔敷镍基合金涂层的耐磨性研究

为了提高铸铁的耐磨性，以35％WC和不含WC的镍基合金粉末为原料对铸铁表面进行激光熔敷处理，利用XRD、SEM、TEM等技术分析了涂层的成分及显微组织结构，并测试了涂层的耐磨性和硬度．结果表明：激光处理后表面迅速熔化和冷却，组织由珠光体 片状石墨组织转化为不同粗细的针状马氏体与残余奥氏体组织；熔敷层的耐磨性和硬度明显提高，且添加35％WC硬质颗粒的熔敷层硬度最高值不在最表层，而在距表面约0．2mm处；合金涂层在磨损机制下表现为犁沟切削、微切削以及硬相质点的剥落，不同基体划痕形式不同。     

高频感应熔覆TiN/Co涂层组织及性能研究

为提高抽油杆表面的硬度和耐磨性,利用高频感应加热熔覆技术成功地在35CrMo钢基体上制备了TiN强化Co基复合涂层。涂层组织均匀致密,未出现明显的气孔、裂纹等缺陷。通过金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等手段研究熔覆层的组织结构,利用维氏显微硬度计表征涂层的显微硬度,并对涂层进行大削盘摩擦副试验,分别测试其摩擦系数和磨损量。结果表明:熔覆层的组织主要是γ-Co过饱和固溶体,且Cr_(23)C_6、Cr_2B以及TiN等硬质相弥散分布于Co基体上;熔覆层具有较高的硬度,TiN掺杂量为10%的涂层表面硬度达到了788HV_(0.1),且由结合面至涂层表面,硬度逐渐增加;在相同的磨损条件下,10%TiN/Co复合涂层的耐磨损性能最好,其摩擦系数和磨损量较未添加TiN的涂层分别降低了40%和45%;涂层的磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损相结合。     

锅炉管表面NiCrSiB合金高频感应熔覆的数值模拟及熔覆层的性能

目前,管材表面的高频感应熔覆主要集中于试验方面,缺乏理论研究。对锅炉管壁在不同熔覆电流下高频感应熔覆NiCrSiB层的温度场进行了数值模拟,基于感应加热原理进行了有限元分析,并加以试验验证。采用金相显微镜、扫描电镜以及能谱仪对熔覆层的显微组织与成分进行了分析;采用硬度计及王水腐蚀分别测试了熔覆层的硬度及耐蚀性能。结果表明:在250 kHz时,熔覆电流越大,感应加热效率越高,感应加热结束时管内外壁的温差越大,管基体受到的热损伤越小;基体中的Mo元素向熔覆层扩散,熔覆层中的Si元素向基体渗透,过渡区Ni,Cr元素的含量相对熔覆层中的明显减少;熔覆频率为250 kHz,熔覆电流取830 A时,熔覆层和基体过渡区有明显锯齿状的白亮带产生,基体和熔覆层呈冶金结合,熔覆层金相组织为奥氏体+碳化物共晶,具有良好的耐蚀性能,平均硬度为323 HV,是基体的1.79倍。     

45~#钢激光熔敷Ni基合金层的性能研究

研究了４５＃钢激光熔敷镍基合金层后表面性能变化。对熔敷层的组织观察、硬度测试、电子探针分析、磨损及冷热疲劳试验结果表明，材料的表面性能，包括硬度、耐磨性、抗冷热疲劳性能等都得到了很大地提高。     

共晶碳化物团球化对铸铁激光熔敷层抗裂性的影响

为提高铸铁表面大面积激光熔敷层抗裂性问题，通过冶金因元素控制熔敷层组织形态在熔敷材料中加入碱金属元素钾，研究了在激光快速加热条件下钾对铸铁激光熔敷层组织团球化的影响，进而分析了该球状组织对熔敷层抗裂性的影响，结果表明随熔敷金属内钾含量增多熔敷层内共晶碳化物组织呈球状及孤岛状，这种组织明显提高了熔敷层抗裂性，此外大量的渗碳体组织确保了熔敷层具有较高的耐磨性；获得了无裂纹的大面积搭接熔敷层，其对应合金系统为Fe-C-Si-Ni-K。     

熔覆温度对真空熔覆WC增强镍基合金层组织及性能的影响

为了在保证良好力学性能的前提下提高45钢的表面质量,采用真空熔覆技术以不同熔覆温度在45钢表面制备WC增强镍基合金熔覆层。利用扫描电镜分析熔覆层组织形貌以及过渡层结合情况;通过硬度测试和磨损试验分析熔覆温度对熔覆层性能的影响。结果表明:随着熔覆温度的升高,熔覆试样过渡层逐渐增厚但整体变化不大,都大于30μm,满足冶金需求;熔覆温度过高时,WC分解严重,熔覆层耐磨性大大降低;熔覆温度为1 225℃时,得到的WC增强镍基合金效果良好,熔覆层洛氏硬度接近40 HRC,对母材强化作用明显,可显著提高其耐磨性。     

扫描速度对45钢表面Ni基TiC激光熔覆层性能的影响

TiC陶瓷相韧性好、润湿性好、热化学稳定性高、耐磨性好,在激光熔覆温度下几乎没有脆性第二相生成,是理想的增强相,但目前对其加入Ni基合金粉末进行激光熔覆的研究较少。在TLF3200TM三维激光焊接机上以不同的扫描速度在45钢表面激光熔覆Ni基TiC复合粉末,采用扫描电镜观察熔覆层形貌,采用硬度计测试熔覆层的硬度,采用磨损试验测试其耐磨性,采用极化曲线分析其耐蚀性,研究了扫描速度对激光熔覆层显微组织和性能的影响。结果表明:不同扫描速度得到的激光熔覆层组织均由熔覆区、界面结合区和基底热影响区组成;当扫描速度为5 mm/s时,熔覆层组织中细小的TiC颗粒均匀、弥散分布于熔覆区和热影响区,熔覆层磨损率最低为0.12 mg/mm2,维钝电流密度最小,为0.008 mA/mm2,钝化区间最大,为0.65 V,耐磨及耐蚀性最佳。     

45钢表面激光熔覆CoCrNi中熵合金涂层组织与性能

为探究CoCrNi中熵合金在激光熔覆领域中的应用,以CoCrNi合金粉末作为熔覆粉末,在45钢表面采用同轴送粉法制备合金涂层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪、摩擦磨损实验机和电化学工作站等设备研究了熔覆层微观组织、硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。结果表明：熔覆层成形良好,组织均匀致密,组成相主要为FCC单相固溶体;熔池与基体交界处为平面晶,底部靠近中心为柱状晶,顶部分别为胞状晶和等轴晶,3种元素在熔覆层深度方向上的比例几乎相同;熔覆层平均硬度为250HV,摩擦系数、磨损量较基体分别降低了11.7%和36.7%;自腐蚀电流密度略有降低,CoCrNi熔覆层的钝化区域为-150到1 100 mV,表明熔覆层显著提高45钢的耐腐蚀性能。     

工艺因素对激光熔敷层裂纹率的影响

研究了试板体积、熔敷层长度、搭接量、溶敷层搭接道数及压板拘束对熔敷层裂纹率的影响，结果表明随试板体积增大、熔敷层长度增加、搭接量增大和熔敷层搭接道数增多，熔敷层裂纹率升高。压板及冷却水的拘束作用也使熔敷层裂纹率升高。分析并比较了上述工艺因素作为熔敷层抗裂性判据的优劣，其中熔敷层道数对裂纹率影响更加直观、简便和准确，最终获得了评定熔敷层抗裂性优劣的最佳判据和补充判据。     

Q235钢表面Ni-Cr电镀层的组织及性能

为提高Q235钢的表面防护性能,对其进行表面电镀Ni-Cr处理,并采用正交试验对电镀Ni-Cr工艺进行优化。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和激光共聚焦显微镜(OM)分别对镀层进行物相表征和形貌观察,利用显微硬度计、磨粒磨损机和电化学工作站对镀层硬度和耐蚀性进行研究。结果表明:以镀层沉积速率为指标,正交试验所得电镀Ni-Cr优化工艺为柠檬酸钠含量30 g/L,镀液pH值3.0,电流密度20 A/dm~2,电镀温度35℃,镀层沉积速率可达40.17μm/h;Ni-Cr镀层相结构由γ-Ni和Cr_(1.22)Ni_(2.88)组成;镀层表面平整,表面形貌为密集球形颗粒;与基体相比,正交试验所得Ni-Cr镀层硬度提高了81.62~649.08 HV_(2N),磨损率减少了9.14~29.99mg/cm~2,自腐蚀电位提高了2.05~121.28 mV。     

工艺因素对激光熔敷层裂纹率的影响

研究了试板体积、熔敷层长度、搭接量、熔敷层搭接道数及压板拘束对熔敷层裂纹率的影响 ,结果表明随试板体积增大、熔敷层长度增加、搭接量增大和熔敷层搭接道数增多 ,熔敷层裂纹率升高。压板及冷却水的拘束作用也使熔敷层裂纹率升高。分析并比较了上述工艺因素作为熔敷层抗裂性判据的优劣 ,其中熔敷层道数对裂纹率影响更加直观、简便和准确 ,最终获得了评定熔敷层抗裂性优劣的最佳判据和补充判据。     

Q235钢表面氩弧热源熔覆镍基自熔合金层的组织及性能

目前,鲜见氩弧熔覆镍基合金粉末工艺参数对熔覆层表面耐磨性能影响的研究报道,先将镍基自熔合金粉末涂覆于Q235钢表面,再利用氩弧热源熔覆.采用金相显微镜观察熔覆层表面和截面组织,采用硬度计及磨损试验分析熔覆层的表面硬度及耐磨性,研究了涂覆层厚度、熔覆电流对熔覆层表面组织、力学性能的影响.结果表明:基体与熔覆层形成了良好的冶金结合;随熔覆电流的增加,熔覆层表面硬度和耐磨性先增加后降低;随涂覆层厚度的增加,熔覆层表面硬度和耐磨性随之增加;涂覆层厚3 mm,熔覆电流为180 A时,熔覆层表面金相组织为少量初生固溶体枝晶和大量奥氏体与碳、硼化物的共晶,熔覆层表面硬度最大,为45.0 HRC,耐磨性最好.     

高温合金表面激光熔敷热障涂层组织结构与氧化性能

采用 5KW连续CO2 激光器对Ni基高温合金上二次重熔NiCoCrAlY和ZrO2 陶瓷层进行了研究。结果表明 :激光快速熔化和凝固获得定向外延生长、紧密堆积的柱状晶氧化锆陶瓷层。NiCoCrAlY结合层与柱状晶之间存在氧化铝层 ,保证了柱状晶与NiCoCrAlY层的联结。扫描电镜和电子探针联合分析发现 ,氧化锆层与NiCoCrAlY结合层、结合层与基体间均为冶金结合。采用化学改性氧化锆消除了涂层裂纹。高温氧化性能测试得出激光重熔试样氧化动力学近似地遵守抛物线速率方程。在 12 0 0℃ ,空气下激光熔敷TBCs 抗氧化性明显高于等离子喷涂TBCs。     

激光熔敷Ni基合金涂层的结构与性能

观测了激光熔敷NiCrBSi合金涂层的显微结构，研究了涂层与不锈钢基体的结合方式和时效处理对其组织结构和显微硬度的影响．用5kW连续二氧化碳激光器对不锈钢上等离子喷涂NiCrBSi合金层进行重熔．涂层的显微结构为细化树枝晶，由γ基体与γ／γ'和NiB的共晶组成．面心立方γ基体品格常数是0．3572nm．时效处理后的合金层由析出γ’沉淀强化相的针状和羽毛状马氏体组成，时效使显微硬度值显著提高．     

烧结Cr15高铬铸铁组织与性能的研究

为研发耐磨性能优良、成本相对低廉的高铬铸铁,本文分别以亚共晶、过共晶的水雾化Cr15高铬铸铁粉末为原料,采用超固相线液相烧结工艺制备了烧结高铬铸铁(SHCCI),并对其显微组织、力学性能和冲击磨粒磨损工况下的耐磨性能进行对比研究。结果表明,烧结高铬铸铁主要由M7C3碳化物、马氏体和奥氏体组成;在亚共晶烧结高铬铸铁中,通过电解腐蚀萃取的M7C3碳化物三维形貌呈珊瑚状,沿晶界均匀分布,材料抗冲击耐磨性能优良;在过共晶烧结高铬铸铁中,优先形成的初生碳化物可能成为共晶碳化物的生长基底,形成核-壳结构的M7C3碳化物,沿晶界相互连接呈网状,严重割裂基体。亚共晶、过共晶烧结高铬铸铁的力学性能分别为:硬度HRC63.9、HRC64.3,冲击韧性7.92、3.04 J/cm^2,抗弯强度2112.65、1624.87 MPa。     

45钢激光硼氮合金化层制备及性能研究

为了使得工程上常用的零部件保持自身韧性的同时提高其表面的耐磨性,利用激光合金化技术在45钢表面制备了二元硼氮合金化层,优化了工艺参数,研究了合金化层的组织及性能。结果表明：随激光功率、扫描速度、搭接率增大,合金化层硬度均呈先增后降的趋势,在1.5 kW、500 mm/min、50%时硬度分别达到最大值954,885,882 HV_{2 N},随B∶N（质量比）中B的含量提高,合金化层硬度逐渐上升;最佳工艺参数为：激光功率1.5 kW,扫描速度500 mm/min,搭接率50%,经最优工艺处理后的合金化区组织由Fe₂N、Fe₂B、FeB、Fe₇C₃、γ-（Fe, N）等化合物和固溶体组成,以柱状晶和胞状晶为主,厚度约为600μm,平均硬度为1 023 HV_{2 N},热影响区组织由少量针状马氏体以及残余奥氏体等组成,厚度约为250μm,硬度由967 HV_{2 N}到265 HV_{2 N}呈梯度分布;合金化层的摩擦系数约为0.451 ...