激光熔化沉积工艺参数对CoCrFeNiMn系高熵合金成形的影响

目的 用激光熔化沉积法制备Co Cr Fe Ni Mn系高熵合金,以得出最优成型方案。方法 通过正交试验方法,以沉积层的显微硬度为评价指标,分析激光功率、激光扫描速度和送粉速度对沉积层成型质量的影响程度,并得出激光增材制造的最佳工艺组合。结果 当激光功率超过2 000 W时,沉积层表面开始出现烧蚀现象,沉积层表面出现波纹,熔池宽度不均匀;当激光扫描速度为5、7 mm/s时,沉积层相对较均匀,表面平坦;当送粉速度为0.7 r/min时,送入金属粉末的量的增加使沉积层体积增大,宽度变均匀。结论 最佳工艺参数为：激光功率P=2 000 W、扫描速度V_g=7mm/s、送粉速度V_f=0.7r/min。多道沉积时,搭接率为50%其成型性最优,制备得到的材料抗拉强度为453.7 MPa,伸长率为27.5%。     

梯度复合材料激光熔化沉积成形的研究进展

高性能梯度复合材料是为克服现有单一均质材料无法满足某些特殊性能要求或为充分发挥不同材料的性能潜力而发展的一类新型复合材料,其显著特征是材料的组分、结构及物性参数根据需要呈连续或梯度变化。激光熔化沉积成形技术采用逐点连续添加材料成形,赋予了该技术在材料组成、凝固组织、外形尺寸等控制上的极大柔性,是未来发展集材料设计、制备、成形及组织性能控制于一体的材料智能制备与成形技术的重要方向。着重介绍采用激光熔化沉积成形技术制备镍系、钛系梯度复合材料方面取得的最新研究进展,通过分析存在的问题和面临的挑战,指出了未来工作的主要方向。     

激光熔覆CoCrFeMnNiMox高熵合金的组织和耐蚀性研究

目的 为了增强钢制结构表面的耐蚀性,研究Mo含量对CoCrFeMnNiMox高熵合金组织与耐蚀性的影响。方法 采用激光熔覆的方式在N80钢上制备CoCrFeMnNiMox（x=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5）高熵合金熔覆层,研究Mo含量变化对高熵合金组织、物相与耐蚀性的影响。结果 CoCrFeMnNiMox熔覆试样均由单一的FCC固溶体相组成,随着Mo含量的增加,晶格畸变增大;当Mo的摩尔比超过0.3后,晶粒有长大倾向;Mo的摩尔比为0.5时,表面择优生长晶面由（111）密排晶面转变为（200）非密排晶面。熔覆试样在氯化钠溶液和稀硫酸溶液中的耐蚀性相较N80钢提升明显,其中,CoCrMnFeNiMo0.3的耐蚀性最好,在质量分数为3.5%的氯化钠溶液中其自腐蚀电流密度是N80钢的5%,自腐蚀电位比N80钢提高了1倍;在0.5 mol/L硫酸溶液中,其自腐蚀电流密度是N80钢的31%,钝化区电流密度比N80钢降低了1个数量级。结论 在该高熵合金体系中,随着Mo含量的增加,晶格畸变增大。CoCrMnFeNiMox高熵合金熔覆层可以有效地阻止基体腐蚀的发生。Mo元素在溶液中能够形成MoO3附着在金属表面,从而形成稳定致密的保护层,减少点蚀的发生。CoCrMnFeNiMo0.3熔覆层的耐蚀性最好。     

电火花沉积高熵合金涂层的研究现状与展望

基于高熵效应的多主元合金克服了传统高熵合金(HEA)的弊端,形成了综合性能优异的简单固溶体.最初,高熵合金的设计理念主要通过块状高熵合金来实现,随着人们对高熵合金的深入研究,高性能高熵合金涂层的概念被提出来.但是,现有的磁控溅射、热喷涂和激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在厚度低、孔隙率高、对异形关键部件涂层可达性差等问题,严重阻碍了高熵合金涂层在航空航天领域的应用.电火花沉积技术不但具有绿色、节能、省材等优势,而且针对细长管内壁和弯曲弧面等结构特征的关键件,电火花沉积高熵合金涂层的厚度均匀、可达性良好.除了对涂层制备工艺的探索外,众多学者还通过高熵合金涂层设计的五大效应之一"鸡尾酒效应"改变组元进行调配以及添加WC等硬质颗粒和稀土元素来达到涂层所需的组织和性能.最后,研究者往往会在涂层制备之前采用正交试验等手段优化高熵合金涂层制备的工艺参数,提高涂层所需要的性能.本文详细介绍了高熵合金设计原理及不同技术制备高熵合金涂层的研究进展,总结了不同高熵合金涂层体系结构与性能之间的关系,并指出利用电火花沉积高熵合金涂层作为表面改性手段的发展前景.     

高熵合金激光熔覆涂层的研究进展

高熵合金熔覆涂层结构简单,性能优异,易于制备,是目前高熵合金研究的热点。通过成分设计、元素添加、制备工艺优化等方法,可以显著提高高熵合金熔覆层质量,强化基材性能,获得满足工程应用的高熵合金涂层的有效途径。从元素含量、增强相、热处理工艺等3个方面阐述其对高熵合金涂层微观组织和性能的影响,并进一步分析激光熔覆制备高熵合金目前存在的问题,展望了其未来的研究重点。     

退火温度对激光熔化沉积TC31高温钛合金组织与性能的影响

为改善激光熔化沉积TC31高温钛合金力学性能,本文通过光学显微镜、SEM、TEM和力学性能测试的方法研究了退火温度对合金中组织演化行为的影响,及其与合金室温和650 ℃高温力学性能的关系。结果表明:组织中初生α相含量随着退火温度升高而降低,其溶解主要发生在950 ℃以上,980 ℃退火后含量仅为29%。当退火温度超过930 ℃时,初生α相片层宽度明显增加。随着退火温度升高,α/β界面处析出的(Ti, Zr)₆Si₃相尺寸增加,且进入α相片层内部。合金在800~1 000 ℃退火时,合金室温拉伸屈服强度随退火温度升高趋于降低。受相界面析出的硅化物聚合长大及α相片层尺寸增加等因素影响,合金高温屈服强度随退火温度升高先降低后增加。合金经过1 000 ℃退火后,呈现良好的高温性能,其650 ℃下抗拉强度达657 MPa、屈服强度约为466 MPa、延伸率27%。     

Al_xCoCrFeNiCu_2高熵合金的组织结构及力学性能

采用真空电弧熔炼技术制备出不同Al含量的AlxCo Cr Fe Ni Cu2的高熵合金,研究Al含量对该高熵合金的微观组织及力学性能的影响。结果表明,该铸态高熵合金合金具有简单的bcc相固溶体结构及fcc相固溶体结构。AlxCo Cr Fe Ni Cu2(x=1,2和3)合金中fcc相固溶体的含量在增加;当x=4,5时,合金中bcc相固溶体的含量增加。合金的硬度随着Al元素的增加而提高。制备出的5种合金中Al4Co Cr Fe Ni Cu2硬度值最高。Al3Co Cr Fe Ni Cu2高熵合金具有较高的屈服强度和断裂强度。     

AlCoCrNiSi_x高熵合金微观组织结构与力学性能

通过XRD,SEM,EDS分析和显微硬度测试,系统研究了Si含量对AlCoCrNiSix高熵合金铸态组织的相结构变化、微观组织形貌特征和力学性能。结果表明:随Si含量的增加,合金相结构由单一的bcc1固溶体结构逐步转化为bcc1+bcc2结构共存,其中bcc1为AlNi基的固溶体,bcc2为CrSi固溶体。随Si含量的增加,合金的铸态组织由枝晶形态向胞状形态转变。微观组织中Al,Ni主要存在于枝晶内,Si则偏析于枝晶间。Si具有显著提高合金硬度的作用,硬度最大值达到HV991。     

快速凝固AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的微观组织演变和力学性能

使用真空快速凝固设备制备不同直径的AlCoCrFeNi_2.1合金铸棒和薄带,研究了冷却速率对多主元共晶高熵合金的微观组织和力学性能的影响。结果表明,全部试样均由FCC和B2两相组成。不同直径的合金铸棒均为常规共晶组织,只在表层某些位置观察到胞状共晶组织。铸棒的直径越小,冷却速率越大,规则共晶组织的片间距(λ)越小,其屈服强度越高。当铸棒直径由8 mm减小至2 mm时表层区域的λ值由530.4 μm减小至357.0 μm,轴心区域的片间距由712 μm减小至474 μm,合金的屈服强度由690 MPa提高到877 MPa。结合合金薄带的微观组织分析结果表明,随着冷却速率的提高AlCoCrFeNi_2.1合金依次形成规则和非规则混合共晶组织、胞状共晶组织和树枝状组织。     

激光熔化沉积铝合金显微组织及力学性能

目的 提高激光熔化沉积铝合金的成形质量。方法 以颗粒度45~105 μm的AlSi10Mg粉末为材料,4045铝合金为基板,利用激光熔化沉积设备在充氩舱内进行铝合金成形试验。测试试样的硬度和拉伸性能,并通过扫描电子显微镜和光学显微镜进行显微组织形貌分析。结果 在沉积方向上,试样显微组织呈现周期性条带状纹路,搭接区域呈现出比较明显的弧形特征;含有大量的细密树枝晶。该合金相成分主要包括:Al相、共晶Si相及少量的Mg2Si强化相。沿扫描方向,试样平均硬度值约为130HV;沿沉积方向,试样平均硬度值约为100HV;沉积态试样的屈服强度约为185.75 MPa,伸长率约为15.21%;沉积态试样拉伸性能明显优于压铸试样;该铝合金的失效形式为韧性断裂。结论 AlSi10Mg在激光熔化沉积时具有良好的成形能力,沉积态的组织强度高于铸态组织强度。     

选区激光熔化24CrNiMoY合金钢组织演化与力学性能

目的 为了获取具有高抗拉强度与高伸长率的24CrNiMoY合金钢,用选区激光沉积(SLM)方法进行打印。方法 以24CrNiMoY合金钢粉末为材料,当搭接宽度为0.09 mm、扫描角度为67°、扫描线长度为10 mm、扫描速度为1 000 mm/s时,在能量密度分别为102、116、129、142 J/mm³条件下打印合金钢样品,采用金相、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜及拉伸试验等分析手段,对制备样品的微观组织和力学性能进行研究。结果 在所采用的能量密度范围内,SLM制备24CrNiMoY合金钢的显微组织主要是板条马氏体组织,随着能量密度的增加,样品内部的气孔缺陷先减少后增加,硬度和拉伸性能以及冲击韧性呈现先升高后降低的趋势。在能量密度为116 J/mm³时,打印合金钢样品具有最优的综合力学性能,致密度为99.53%,硬度为(388±5.9)HV0.2,抗拉强度为(1 210±11) MPa,屈服强度为(1 124±10) MPa,断后伸长率为(6.2±0.4)%,冲击韧性为80 J/cm²。结论 在SLM打印24CrNIMoY合金钢样品中,较高的致密度及精细的板条马氏体是合金钢样品具有良好力学性能的关键要素,该研究可为SLM打印高抗拉强度与高伸长率的24CrNiMoY合金钢制动盘零件提供重要参考。     

铸造铝合金激光表面重熔(LSM)改性层的组织结构

采用最大输出功率为１０ｋＷ的连续横流ＣＯ２激光器对铸造铝硅合金表面进行快速辐照加热重熔,并快速冷却凝固处理,以获得深度达１ｍｍ以上的表面改性层。通过ＳＥＭ、ＸＲＤ、ＥＤＳ和ＴＥＭ研究了其表面改性层组织结构。结果表明,经过ＬＳＭ处理后的表面改性层,组织明显细化,α－Ａｌ晶体中可固溶更多的Ｓｉ原子,获得过饱和固溶体组织,另外,表面改性层的平均显微硬度在１１６￣２０３ＨＶ之间,而磨性明显高于基体材料,这是由于细晶强化和过饱和固溶效应引起的。     

激光快速成形技术的发展及其在功能梯度材料制备上的应用

激光快速成形技术集计算机辅助设计、高功率激光熔覆、快速成形于一体,通过激光熔化同步输送的金属或陶瓷粉末,在基板上逐层熔化堆积而形成致密的材料或零件.其离散/堆积的成形特点使得该技术在材料及零件制备上具有很大的柔性,通过精确控制2种或多种材料粉末的输送和相应的工艺可以实现材料组成、微观组织结构和性能的梯度分布及多种材料的集成.介绍了激光快速成形的原理、技术特点、系统组成,着重介绍了国内外采用该技术在制备功能梯度材料方面的研究开发情况,简要分析了利用激光快速成形技术制备功能梯度材料的发展前景.     

镁合金激光重熔后微弧氧化膜的微观组织和耐蚀性能

为了改善WE43镁合金的耐蚀性能,采用激光重熔(LSM)和微弧氧化(MAO)复合工艺对其表面进行了改性。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)研究了WE43镁合金及其激光重熔层、微弧氧化膜层和激光重熔-微弧氧化膜层的微观组织、表面形貌和物相;通过GAMARY-Reference 600电化学工作站研究了其腐蚀行为,重点研究了镁合金激光重熔后微弧氧化膜层的微观组织、成分和耐蚀性能。结果表明:激光重熔使WE43镁合金晶粒细化、网状的β-Mg41Nd5相均匀分布和表面稀土元素Y及Nd增加,有效地改善了其耐蚀性能;微弧氧化膜和激光重熔后的微弧氧化膜层都可以显著提高WE43镁合金的耐蚀性能,但后者优于前者。     

超窄间隙激光焊接TC4钛合金接头组织及性能研究

以TA2为焊丝,采用超窄间隙激光焊接方法焊接了10 mm的TC4钛合金板,间隙为2 mm。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和拉伸试验机分析了TC4钛合金接头的组织与性能。结果表明,选取合适的工艺可以实现TC4钛合金超窄间隙激光填丝焊接,获得无缺陷的焊接接头。接头由母材、热影响区、熔合区、焊缝组成,界线清晰。其中热影响区为网篮状组织,焊缝由大β晶粒组成,大晶粒内部为杂乱的α+α′相针状组织,热影响区晶粒明显细化。由于超窄间隙的啮合效应,接头最大抗拉强度为893 MPa,达到母材的84.7%,断裂位置在焊缝中心。焊缝区和热影响区的显微硬度高于母材,且在热影响区的显微硬度最大,接头整体显微硬度呈马鞍状分布。     

激光快速成形GH4169合金显微组织与力学性能

利用GH4169合金粉末进行激光快速成形实验,制备出GH4169合金块状试样,并进行固溶时效热处理。利用扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)等方法分别对激光成形沉积态及固溶时效态试样进行显微组织及元素偏析分析,并测试显微硬度、室温及高温拉伸性能。结果表明:沉积态微观组织为生长方向不一的细长柱状树枝晶,组织细小致密;经过固溶时效热处理后晶粒得到细化,晶粒内部仍保留枝晶亚结构;固溶时效态试样较沉积态显微硬度及抗拉强度大幅提高,塑性有所下降,但整体优于锻件技术标准。断口形貌表现为韧性穿晶断裂方式。