钛合金表面激光熔覆(Ti+Al/Ni)/(Cr2O3+CeO2)复合涂层组织与耐磨性能

为改进钛合金(Ti6Al4V)的耐磨性能,应用脉冲Nd:YAG激光器进行了钛合金表面熔覆(Ti+Al/Ni)+(Cr2O3+CeO2)复合涂层实验,分析了熔覆层微观组织,测试了熔覆层显微硬度及其在大气环境室温下的摩擦磨损性能.结果表明,熔覆层组织是在细小树枝晶和共晶基体上散布着未熔Cr2O3颗粒和白亮球状液析Cr2O3,及生成的硬化TiAl陶瓷颗粒增强相.显微硬度明显提高,最高可达1150HV,平均是基材的3～4倍.熔覆层和基材实现良好冶金结合,白亮熔合区宽度为10～20 μm.激光熔覆层干滑动摩损的摩擦系数在0.2～0.3之间,磨损率比Ti6Al4V标样降低约4～5倍.     

钛合金表面激光熔覆Ti C复合涂层的设计

钛合金具有比强度高、耐腐蚀性能好等优点, 但其硬度低、耐磨性能差, 限制了它在航空工程摩擦构件和生物医学工程上的应用。研究自行设计了3种预涂粉层的成分, 采用HL-5000型横流CO2激光加工机在TC4钛合金表面相应地制备了TiC+Ti、 TiC+Ti+ F102和TiC+ F102 3种熔覆层。通过SEM, EDAX, XRD, HXD-1000TMC型显微硬度计, HT-600型高温摩擦磨损试验机, 分析了熔覆层的显微组织、成分、物相, 测试了激光熔覆层的显微硬度和滑动摩擦磨损性能。结果表明: (TiC+Ti+ F102)和(TiC+ F102)熔覆层有可能用于航空结构材料;而(TiC+Ti)熔覆层有希望用于生物医学功能材料, 但仍需作进一步的研究。     

重熔对激光熔覆Cr3C2/Ni涂层组织与性能的影响

在优化的工艺参数下制备了激光熔覆Cr₃C₂/Ni涂层,采用相同的工艺参数对Cr₃C₂/Ni熔覆层进行重熔处理,研究了重熔对单道及多道Cr₃C₂/Ni熔覆层组织与性能的影响。研究结果表明,重熔使Cr₃C₂/Ni单道熔覆层的平均硬度从893.26 HV降到748.33 HV,降低16.23%,在重熔的单道熔覆层中部出现了生长方向明显的柱状晶;重熔使Cr₃C₂/Ni多道熔覆层的平均硬度从844.75 HV降到819.92 HV,降低2.93%,重熔后多道熔覆层的组织更加均匀细小,其相对于GCr15钢的耐磨性由0.68降到0.45,黏着磨损加剧,抗弯强度提高,塑性增强。重熔在改善Cr₃C₂/Ni多道熔覆层表面成形质量的同时,使显微硬度仍保持较高值,耐磨性略有下降,抗弯强度提高。     

TA2钛合金表面激光熔覆Ni基Tribaloy 700涂层

为提高钛合金表面强度,采用预置Tribaloy700(T700)合金粉末的方法在TA2钛合金表面进行了激光熔覆制备Ni基T700涂层的研究。研究结果表明,通过激光熔覆能够获得良好的T700合金涂层;涂层中Ti的适量存在能够促进laves相的析出与长大,Ti稀释较小时涂层组织主要为胞状和胞-枝蔓状的奥氏体γNi相,而Ti稀释较大时涂层组织为基体(TiNi γNi相) Laves相;涂层与基材之间有一厚约80~100μm的过渡区。显微硬度测试结果表明,在固溶强化及细晶强化等作用下T700熔覆涂层的显微硬度较常规方法有明显提高,适量的Ti稀释能够进一步提高涂层的硬度。根据Ti稀释程度的不同,涂层的平均硬度值在700~1000HV之间,约比TA2钛合金基材高4~5倍。     

钛合金表面激光熔覆NiCrBSi(Ti)-TiC涂层

在TC4合金表面进行了激光熔覆NiCrBSi-TiC,Ti-TiC金属陶瓷复合涂层的试验,对涂层的组织和显微硬度进行了分析和测试。结果表明,NiCrBSi-TiC涂层的组织是在初晶γ-Ni和γ-Ni,Ni3B,M23(CB)6,CrB多元共晶的基底上均匀地分布着TiC颗粒,在激光熔覆过程中TiC颗粒只是边缘发生了溶解或熔化;在Ti-TiC涂层中,TiC颗粒全部溶解或熔化,冷却时以枝晶形式重新析出。NiCrBSi-TiC涂层的显微硬度(HV900～1100)明显高于Ti-TiC的涂层的显微硬度(HV500～700)。     

钛合金表面激光熔覆（Ti＋Al/Ni）/（Cr2O3＋CeO2）复合涂层组织写耐磨性能

为改进钛合金(Ti6A14V)的耐磨性能,应用脉冲Nd:YAG激光器进行了钛合金表面熔覆(Ti Al/Ni) (Cr_2O_3 CeO_2)复合涂层实验,分析了熔覆层微观组织,测试了熔覆层显微硬度及其在大气环境室温下的摩擦磨损性能。结果表明,熔覆层组织是在细小树枝晶和共晶基体上散布着未熔Cr_2O_3颗粒和白亮球状液析Cr_2O_3,及生成的硬化TiAl陶瓷颗粒增强相。显微硬度明显提高,最高可达1150HV,平均是基材的3～4倍。熔覆层和基材实现良好冶金结合,白亮熔合区宽度为10～20μm。激光熔覆层干滑动摩损的摩擦系数在0．2～0．3之间,磨损率比Ti6A14V标样降低约4～5倍。     

(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。     

激光熔覆Ti／C混合粉末的工艺研究

选用Ti/C混合粉末为熔覆材料,脉冲YAG激光作为辐照源,对钛合金表面进行了激光熔覆实验.研究了激光工艺参数(包括脉冲频率、脉冲宽度、扫描速度等)对熔覆层物相的影响.选取合适的工艺参数,改变Ti/C的成分配比,探寻生成TiC的最佳工艺组合和熔覆材料的成分配比.对熔覆样品采用XRD方法进行了物相分析.结果表明,能生成TiC的最佳工艺组合为脉冲宽度为3.0ms,脉冲频率15Hz,扫描速度为1mm/s左右,搭接率为40%左右.在此工艺下,Ti:C的最佳比例为7:3(质量比).在上述条件下,可在钛合金表面原位生成以TiC陶瓷为主的增强相.     

CeO2对激光熔覆Ni60合金涂层组织及性能的影响

为了研究稀土元素CeO₂对激光熔覆涂层性能的影响,以45#钢为基体、Ni60和Ni60+CeO₂粉末为熔覆材料,采用激光熔覆多道搭接工艺制备了含不同含量稀土氧化物的熔覆层。通过对熔覆层着色探伤、显微组织观察、显微硬度测定的试验,分析不同含量的稀土氧化物对熔覆层表面裂纹数量、显微组织、硬度的影响规律。结果表明,CeO₂的最佳掺杂质量分数为0.004;适量稀土元素CeO₂的掺杂,可使熔覆涂层裂纹数量减少,熔覆层的显微组织更加均匀而细小;熔覆涂层表面显微硬度远高于基体,维氏硬度是基体的3.6倍,搭接区域硬度值是基体的3倍左右。这表明稀土元素的添加可以抑制裂纹、细化晶粒,并在一定程度上提高熔覆层硬度。     

稀土氧化物对Al2O3-ZrO2激光熔覆层组织与性能影响研究

为了解决在钛合金表面通过激光熔覆技术制备得到的Al₂O₃-ZrO₂陶瓷涂层脆性大、易开裂的问题,有效提升钛合金性能,扩大其使用范围,采取在熔覆层材料中添加稀土氧化物CeO2的方法,对Al₂O₃-ZrO₂陶瓷熔覆层的裂纹敏感性进行了改善。通过分析熔覆层宏观、微观组织,测试熔覆层性能,研究CeO2含量对熔覆层裂纹敏感性的影响规律,探究CeO₂调控辅助激光熔覆制备Al₂O₃-ZrO₂陶瓷涂层最佳含量,揭示稀土氧化物对熔覆层裂纹敏感性影响的作用机理。结果表明：通过添加稀土氧化物调控,熔覆层裂纹数量明显减少,熔覆层裂纹控制主要归功于稀土元素对熔覆层组织的细晶强化效应;当CeO₂质量分数为0.8%时,熔覆层微观组织最为致密,对裂纹抑制作用最为明显;熔覆层断裂韧性相较未添加稀土调控辅助时有明显提高,从4.1 MPa·m^1/2提高至7.3 M...     

钛合金基体上激光熔覆制备钛铝化物基复合涂层组织特征

采用含有Ti,Al,Nb,Cr,C元素的混合金属粉末，以激光熔覆的方法在Ti-6Al-4V合金基材上制备了钛铝化物基原位合成碳化物增强复合涂层，分析了涂层的成形、组织组成、成分分布、相结构组成以及显微硬度分布等显微结构特征。所制备的涂层组织细小均匀，其显微结构特征可以描述为：等轴γ-TiAl＋层片(γ-TiAl/α2-Ti3Al)＋碳化物增强相，其中，等轴的γ-TiAl晶粒尺寸在微米量级，γ-TiAl/α2-Ti3Al 层片间距在500 nm以下，碳化物增强相在涂层内部均匀分布，呈微米级的短棒状形态。     

ZL102合金表面激光熔覆Al-Si+Al2O3复合涂层的组织和磨损性能

采用5 kW横流CO2激光器，在ZL102合金表面熔覆Al2O3颗粒增强的Al-Si合金复合涂层，探索了激光熔覆工艺参数对涂层质量的影响，分析了涂层的微观组织，测试了涂层的硬度和磨损性能。结果表明，在优化工艺参数下可以获得连续均匀、无气孔和裂纹的涂层，涂层的组织是在α固溶体和α固溶体+Si共晶的基体上均匀地分布着Al2O3颗粒，Al2O3颗粒尺寸在10～20 μm之间，与涂层基体结合紧密。涂层与基材之间呈典型的外延生长界面，形成了良好的冶金结合。涂层的硬度在Hv190～260之间，比基材提高了约2倍，涂层的耐磨性能比基材提高了约4倍。     

激光重熔对TC4钛合金表面激光原位熔覆层微观组织与性能的影响

为了进一步提高激光原位熔覆层的质量,利用激光重熔方法对TC4钛合金表面激光原位熔覆层进行了处理。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计分别对比研究了熔层的显微组织、相分布和显微硬度。结果表明,适当工艺参数的激光重熔处理可以消除位于原位熔覆层底部的大气孔,可以使熔层中的陶瓷相分布更均匀,从而提高熔层的组织致密性;激光重熔处理后熔层硬度值的梯度变化减弱,熔层的平均显微硬度与质量的稳定性均得到提高。     

塑料模具激光精密修复技术的研究

脉冲Nd:YAG激光熔覆技术是精密修复塑料模具最有效的方法之一，激光器的电压、电流、脉冲宽度、脉冲频率与激光的扫描速度、光斑直径等工艺参数直接影响着熔覆的质量。为了综合考虑各工艺参数的影响和简化工艺调整过程，提出了重叠率的观念，建立了重叠率的计算方程。分别采用预置熔覆法和手动送丝法在低碳钢基体上熔覆Ni基合金，获得了最佳工艺参数：单脉冲能量为6.7 J，重叠率为97.4%。利用扫描电子显微镜观察了手动送丝熔覆层存在的冶金缺陷，对其产生的原因进行了初步探讨。     

纳米Al2O3/Ni基合金复合材料激光熔覆层组织

采用横流5kW CO2激光，在Ni基高温合金表面制备了纳米Al2O3／Ni基合金复合材料激光熔覆层。利用光学显微镜、扫描电镜(SEM)及附件(EDS)分析了熔覆层的快速凝固组织、成分及纳米颗粒的分布。结果表明，未加纳米Al2O3时界面区为垂直于界面、定向生长的柱状树枝晶组织；加入纳米Al2O3后，熔池凝固结晶组织形态发生变化，由细长的柱状树枝晶逐步过渡为较短的树枝晶；当Al2O3的加入量为1％时，熔覆层与基体的界面区不出现定向生长，整个断面呈现等轴枝晶组织；纳米Al2O3促进固液界面前沿形核，纳米Al2O3附着在晶体生长的前沿，阻碍晶体的长大，凝固组织得到显著细化；纳米Al2O3颗粒抑制了熔覆层裂纹的形成。     

基于人工神经网络的铝合金激光熔覆层特征与性能的预测

基于人工神经网络(ANN)技术,采用MATLAB作为开发平台,建立了激光熔覆参数与熔覆层特征及性能之间的关系模型.模型以激光功率、扫描速度、光斑直径、涂层成分配比作为输入参数,以熔覆层硬度、熔覆层宽度和高度作为输出参数.对熔覆层的特征与性能进行了预测.结果表明,该模型的平均误差较小,网络训练后检验精度较高,具有较好的预测能力.该模型能够用于预测铝合金表面激光熔覆层的特征与性能.