激光熔覆镍基金属陶瓷涂层的组织性能研究

运用 5kWCO2 连续激光器在 16Mn钢表面激光熔覆镍基B4 C金属陶瓷层 (NB4 C)和镍基SiC金属陶瓷层(NSiC) ,研究了两种激光熔覆层的组织、结构、显微硬度及滑动磨损特性 ,并用激光熔覆镍基合金层 (Ni6 0 )进行了滑动磨损对比试验。结果表明 ,熔覆合金层显微组织由枝晶固溶体及其间细密的共晶组织组成 ,NB4 C熔覆层主要组成相为γ Ni,γ (Ni,Fe) ,(Cr,Fe) 7C3,CrB ,Ni3B ,Fe2 B ,Fe2 3(C ,B) 6 和B4 C等 ,NSiC熔覆层主要组成相为γ Ni,γ (Fe,Ni) ,(Cr,Fe) 7C3,Cr2 3C6 和 (Cr ,Si) 3Ni3Si等。三种激光熔覆层的显微硬度及耐滑动磨损性能由高到低的顺序为 :NB4 C→NSiC→Ni6 0。     

激光熔覆原位生成B4C颗粒增强镍基复合涂层的研究

采用自动送粉工艺,在A3钢表面制备出原位生成B4C颗粒增强的镍基激光熔覆层.使用扫描电镜(SEM),电子能谱(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对熔覆层的组织和物相构成进行了分析,并对熔覆层进行了硬度、摩擦性能测试.结果表明,原位生长B4C颗粒增强的Ni基复合涂层与基材呈现良好的冶金结合.熔覆层的底部组织为先共晶析出的Cr,Fe的碳化物树枝相分布在γ(Ni Fe)基体中,而中上部组织为先共晶析出的树枝晶和包含原位生成B4C的白色颗粒相分布在共晶基体中.熔覆层具有极高的硬度(平均HV0.31400),耐磨性是纯Ni60涂层的2倍.硬度和耐磨性的提高归因于涂层中大量的包含原位生长B4C颗粒相的生成,并均匀分布于涂层的共晶基体中.     

激光熔覆Ni基WC/Cr_3C_2涂层显微组织和耐蚀性研究

利用大功率CO2激光器在45钢表面激光熔覆制备Ni基WC/Cr3C2涂层。使用电子探针(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和M352电化学测试系统对熔覆层成分、物相组成、显微组织和耐蚀性进行研究。结果表明,Ni基WC/Cr3C2熔覆层表面光亮无裂纹,润湿性和脱渣性良好。熔覆层主要由Cr2Ni3、γ-(Fe,Ni)、Ni17W3、Fe0.64Ni0.36、WC、Cr7C3和CrSi2等物相组成。熔覆层底部为发达的树枝晶,树枝晶和枝晶间都含有大量的Fe元素;中部为γ-(Fe,Ni)基体上分布着大量长条状碳化物Cr7C3以及少量零散分布的菊花状硅化物CrSi2等强化相;顶部组织与中部相似,但晶粒更加细小致密。Ni基WC/Cr3C2熔覆层自腐蚀电位为-395.9 mV,自腐蚀电流密度为2.75μA/cm2,耐蚀性较Ni基WC涂层明显提高。     

原位生长Cr3C2-CrB复合增强镍基激光熔覆层研究

采用预涂激光熔覆技术,在A3钢表面制备原位生长Cr3C2-CrB复合增强镍基激光熔覆层.使用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)仪对熔覆层进行了显微组织和物相分析,并测试了熔覆层显微硬度及摩擦性能.结果表明,在适当工艺条件下,熔覆层成形良好、表面光滑,涂层与基体呈现良好的冶金结合.熔覆层底部组织为包含Cr,Fe的碳、硼化物的γ(NiFe)树枝晶结构.熔覆层中上部组织为先共晶析出、规则排列的Cr3C2杆状相和CrB颗粒相分布在Fe2C/γ(NiFe)共晶基体中.由于Cr3C2-CrB复合强化相的原位生成且均匀弥散分布在基体中,使得熔覆层具有高的硬度(平均硬度HV     

钛合金表面NiCrBSi激光熔覆层的组织与耐磨性研究

在 TC4合金表面进行了激光熔覆 Ni Cr BSi涂层的试验 ,结果表明 ,激光熔覆层在微观结构上存在熔覆区、结合区和基体热影响区三个区域。熔覆区的组织是在初晶 γ Ni和 γ Ni、Ni3B、硅化物组成的多元共晶基底上分布着 Ti B2 、Ti C、M2 3( CB) 6等颗粒增强相。结合区是熔覆材料 Ni基合金和基体钛合金的混熔区 ,呈定向凝固特征。基体热影响区为针状马氏体组织。激光熔覆层的耐磨性能比时效硬化的钛合金显著提高 ,磨损机制是剥层磨损和磨粒磨损。     

激光熔覆WC/Ni基硬质合金组织结构及耐磨性能研究

为了激光熔覆制造高速线材硬质合金辊环,在Cr12基体上制备WC-Ni基超硬复合材料.用TRUMPF 6000 CO2激光设备,采用同步送粉的方式,进行超硬复合材料的激光熔覆制备,获得与基体冶金结合且无气孔和裂纹等缺陷的熔覆层.使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)对激光熔覆层进行组织、成分及物相表征.由研究结果可知,激光熔覆层组织主要是γ-Ni、WC、wzC、Ni3B、CrB2等物相组成.激光熔覆WC-Ni基硬质合金为粉末冶金制备的硬质合金磨损性能的0.769倍.从与对磨偶件GCr15圆环的摩擦系数来看,激光熔覆试样的摩擦系数与高质量粉末冶金硬质合金数值相当.     

9Cr2Mo冷轧辊激光宽带熔覆修复强化

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高厚度无裂纹铁基合金硬化层,熔覆层的厚度为2.5～3.0mm.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γ-Fe、(Fe,Cr)7C3、W2C、CrB、Cr2B、FeNi等相组成,强化机制属于硬质相强化.激光熔覆层的硬度平均值为830HV0.1,高于9Cr2Mo基体的硬度782 HV0.1.     

Cr3C2-CrB/Ni60激光熔覆层的耐蚀性研究

采用静态浸泡法对原位生长Cr3C2-CrB复合增强的镍基激光熔覆层的耐腐蚀性进行研究。使用扫描电镜和X射线衍射仪对熔覆层进行显微组织和物相分析,在光学显微镜下观察样品表面腐蚀形貌。结果表明：含16wt%（Cr2O3＋B2O3＋C）的Cr3C2-CrB/Ni60激光熔覆层在10%H2SO4溶液中表现出较好的耐腐蚀性能,与纯Ni60激光熔覆层相比,其耐蚀性提高1倍多。     

(MoO3+B2O3)对镍基合金激光熔覆层的影响

采用激光熔覆技术，在A3钢表面进行了Ni60合金粉末添加(MoO3+B2O3)的熔覆实验。使用金相显微镜、扫描电镜、电子能谱和X射线衍射仪对熔覆层进行了显微组织和物相分析，讨论了(MoO3+B2O3)加入量对熔覆层组织、裂纹敏感性的影响,并测试了涂层硬度及摩擦性能。结果表明，通过对工艺参数及(MoO3+B2O3)含量的优选，可以获得无裂纹、无气孔且与基底呈冶金结合、质量良好的熔覆层，其组织为BMo2C,Cr23C6和Ni4B3的共晶体分布在γ-Ni固溶体基体中。与纯Ni60熔覆层相比，虽然其硬度稍有降低，但耐磨性却有较大提高,因而适量(MoO3+B2O3)的加入能抑制涂层中块状CrB脆性相的产生，形成细小的网状共晶体，使得涂层组织均匀细化，且韧性成分提高，从而涂层的韧性提高、裂纹敏感性降低。     

原位生成VC-VB-B4C复合颗粒增强镍基激光熔覆层

采用预涂粉末激光熔覆技术,在A3钢表面成功制备出原位生成VC-VB-B4C复合颗粒增强的镍基复合涂层.使用扫描电镜(SEM),EDS能谱和X射线衍射(XRD)对熔覆层的显微组织和物相构成进行了分析,并对熔覆层进行了硬度、摩擦性能测试.结果表明,原位生成VC-VB-B4C复合颗粒增强镍基复合涂层与基材呈冶金结合.熔覆层底部组织为定向生长的γ(Ni)树枝晶,熔覆层中、上部组织为大量先共晶析出的VC-VB-B4C颗粒相和Cr3C2条状相均匀分布于γ(Ni)基体中.熔覆层具有高的硬度(平均硬度HV0.31350)和良好的耐磨性,其磨损失重仅为纯Ni60熔覆层的1/3.熔覆层硬度和耐磨性的提高归因于大量VC-VB-B4C复合颗粒的形成及其在涂层中的均匀分布.     

汽轮机汽蚀叶片的激光宽带熔覆修复

利用激光宽带熔覆技术对表面汽蚀的汽轮机叶片进行修复。采用同步送粉的方式进行自熔性Ni-Cr-B-Si合金粉末的激光熔覆,获得耐磨涂层。实验所用设备为TRUMPF-6000 CO2激光器,利用积分镜对激光束进行整形获得宽带激光束,借助扫描电子显微镜(SEM,LEO 1450)和能谱仪(EDS)对激光熔覆层进行组织结构及成分分析。研究结果表明,激光熔覆层硬度可达HRC45-50,高于其基底材料2Cr13的硬度(HRC35-40)。熔覆层的组织结构受到熔覆工艺参数的影响很大,采用最优化工艺参数形成的熔覆层结构均匀,与母材冶金结合良好,且无气孔或裂纹缺陷。     

Cr3C2对激光熔覆钴基合金涂层组织与性能的影响

采用5kW CO2连续激光在低碳钢表面激光熔覆了钴基合金涂层(Co60)及添加25％Cr3C2(质量分数)的钴基合金复合涂层(Cr3C2／Co)，对比研究了Cr3C2对熔覆涂层的组织、显微硬度及耐腐蚀磨损性能的影响。结果表明，在本试验条件下可得到熔覆质量良好的Co60及Cr3C2／Co涂层。Co60涂层组织主要由大量初生枝晶γ固溶体及其间的共晶组织γ与(Cr，Fe)7C3组成。Cr3C2／Co涂层组织主要由未熔Cr3C2，大量杆状和块状的富Cr碳化物及其间的非常细小的枝晶及其共晶体组成，主要组成相为γ-Co，Cr7C3，Cr23C6和未熔Cr3C2颗粒。添加的Cr3C2改变了Co60涂层的凝固特征，使Co60涂层的亚共晶结晶方式转变为Cr3C2／Co涂层的过共晶结晶方式。未熔Cr3C2粒子起到了非自发形核作用，在其周围形成了许多富Cr碳化物，并细化了涂层枝晶组织。Cr3C2/Co涂层的显微硬度以及在不同腐蚀介质中的耐磨性比Co60涂层都有明显提高。     

纯铜表面脉冲激光熔覆Ni60涂层的结构与性能研究

为了克服纯铜表面激光熔覆时热量难以积聚的困难,得到冶金结合良好的Ni60熔覆层,采用预热辅助脉冲激光熔覆的方法,在纯铜表面进行了Ni60合金粉末的熔覆实验,并建立了纯铜表面预热辅助脉冲激光熔覆过程的3维瞬态热弹塑性模型,对温度场及残余应力进行了仿真。预热温度达到573K时,Ni60熔覆层中裂痕完全消除;预热温度为673K时,激光熔覆的加工效率提升了2.2倍;预热辅助脉冲激光熔覆得到的Ni60熔覆层平均硬度达到800HV_0.2;常温下,Ni60熔覆层与ASTM52100钢相对耐磨性为4.45,摩擦系数约是铜和ASTM 52100钢的57%。结果表明,随着预热温度的升高,Ni60熔覆层中裂纹减少,激光熔覆效率提高;Ni60熔覆层有效地提高了表面硬度,减小了摩擦系数。通过预热辅助脉冲激光熔覆技术,在纯铜表面制备得到无裂纹、无气孔的Ni60熔覆层,可有效地提高铜基材的硬度与耐磨性。     

激光熔覆Ni基B4C合金涂层的组织与性能研究

利用5kW连续波CO2激光器对16Mn钢基材表面预置的含20 vol%B4CP的Ni基合金复合粉末进行激光熔覆得到Ni基B4C合金涂层(NiB4c),研究了NiB4c涂层的组织形貌与相组成,并用单纯的镍基合金涂层(Ni60)进行了显微硬度及滑动磨损性能的对比试验。结果表明,NiB4C涂层由涂层下部的胞状晶和涂层中上部的树状枝晶及其间的共晶组织所组成,其组成相为γ-Ni,γ-(Ni,Fe)固溶体和(Cr,Fe)7C3,CrB,Ni3B,Fe2B,Fe23(C,B)6等化合物,涂层中存在未熔的B4C颗粒。激光熔覆NiB4c涂层比Ni60涂层具有较高的硬度和耐磨性,并分析了NiB4C涂层的强化机理。     

Cr12MoV模具钢激光熔覆Fe基合金的组织与性能分析

为了进一步提高模具钢表面的硬度和耐磨性能,以Cr12MoV作为基体材料,利用2 kW半导体激光器,以同轴送粉的方式在其表面上熔覆高硬度的Fe基合金粉末。通过光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜分析熔覆层的组织形貌和物相;用显微硬度计测试熔覆层的显微硬度,用磨损试验机进行耐磨试验。进而研究激光功率、扫描速度和送粉量等工艺参数对熔覆层组织性能的影响,确定了最优化工艺参数。实验结果表明,使熔覆层的硬度和耐磨性较优良的工艺参数为:激光功率为1.2 kW,扫描速度为720 mm/s,送粉量为8.5 g/min。在此工艺参数下,熔覆层无裂纹、气孔、夹渣等缺陷,且显微硬度和耐磨性能得到显著提高,最高硬度达921 HV0.2,熔覆层的磨损失重仅为基体材料的25%,明显高于基体的硬度和耐磨性,这归因于熔覆层中存在V4C3、Cr23C6、Cr7C3等细小树枝晶。     

Ti-6A1-4V表面激光熔覆钛基复合涂层的微观组织及形成机制

Titanium matrix composite coatings were fabricated on Ti-6A1-4V substrate by laser cladding using powder mixtures of Ti Cr3C2 and Ti TiB2, respectively. The chemical compositions and mi-crostructures of the coatings were analyzed using scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectrometer (EDS) and X-ray diffraction (XRD). Microhardness was measured by a microhardness tester. The results showed that Cr3C2 particles were dissolved and deposited to form dendritic TiC in the upper section and spherical grain TiC in the bottom of Cr3C2 Ti coating. Most of TiB2 was dissolved in the molten pool by laser irradiation, then formed TiB with fine needles and coarse needles in the TiB2 Ti coating. A few quasi-melted TiB2 particles with irregular shape at the bottom of the coating were observed. The average microhardnesses were approximately HV850-V1000, HV800-V1050 in the Cr3C2 Ti and TiB2 Ti coating, respectively, which were 2-3 times higher than that of Ti-6A1-4V substrate.     

激光熔覆TiCp/NiCrBSi复合涂层的组织与摩擦学性能

应用激光表面改性方法 ,在 4 5 # 钢表面熔覆了TiCp/Ni Cr B Si C复合涂层 ,利用SEM ,TEM分析以及磨损试验 ,研究了复合涂层的组织特点和耐摩擦磨损性能及其影响规律 ,并探讨了添加稀土氧化物改善复合涂层的组织性能及稀土氧化物的作用机制。结果表明 ,TiC颗粒在熔覆层中发生部分溶解和重新析出 ;熔覆层与基体形成交互扩散区 ,在该区中发现 (Fe ,Cr) 2 3 C6碳化物 ,同时还形成大量α和γ微晶 ,局部区域存在Ni Si B Re非晶相。在凝固应力作用下 ,TiC颗粒与粘结金属界面之间存在大量的孪晶和位错。稀土氧化物对复合涂层显微硬度提高幅度不大 ,但能明显地减小复合涂层的摩擦系数 ,显著提高涂层干摩擦磨损状态下的耐磨性。TiC含量为 4 5 %～ 5 0 %时 ,熔覆层具有最佳耐磨性     

激光熔覆原位生长VC-WxC颗粒增强镍基涂层研究

为了提高45#钢表面强度和耐磨性,采用激光熔覆技术制备原位生长VC-WxC颗粒增强镍基涂层。使用金相显微镜、扫描电镜、电子能谱和X射线衍射仪对熔覆层显微组织和物相进行了分析,并对熔覆层显微硬度及摩擦性能进行了测试。在适当工艺条件下,熔覆层成形良好,涂层与基体呈现良好的冶金结合;熔覆层底部组织为定向生长的 γ(NiFe)树枝晶,熔覆层中上部组织为VC,W2C,WC和Cr3C2相,均匀分布于γ(NiFe)树枝晶基体中;熔覆层具有极高的硬度(平均HV0.31400),耐磨性是纯Ni60涂层的6倍。结果表明,其硬度和耐磨性的提高归因于涂层中大量的VC,W2C,WC和Cr3C2相的生成,并均匀分布于涂层的基体中。