表面熔覆技术的研究进展

综述了表面熔覆技术的发展概况,介绍了几种常见熔覆方法的工艺特点及应用现状,并从熔覆层组织、裂纹敏感性及耐磨性三方面阐述了熔覆层的研究成果.概述了金属基复合材料的优良性能及基体与增强体的选择.指出表面熔覆技术应以熔覆层组织性能稳定为研究重点,兼顾熔覆工艺的简单化、成本低廉化,同时促进原位自生法的理论基础研究.最后指出表面熔覆技术的研究方向及目前需解决的问题.     

纯铜表面激光熔覆铜合金涂层的组织及耐磨性

采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射及能谱分析对纯铜表面送粉激光熔覆制备的铜合金涂层进行了分析.结果表明,涂层与基体为冶金结合,无气孔、裂纹等缺陷,涂层稀释率极低,铜合金涂层在凝固过程中通过液相分离形成大量均匀弥散分布的细小球形分离相、富含铜的固溶体和少量大块分离相聚集体;细小分离相的平均直径小于5μm,分离相由富含Fe、Co、Mo的多元金属硅化物组成.富含铜固溶体的硬度为280 HV0.1,大块分离相聚集体的硬度为510 HV0.1.磨损试验结果表明,激光熔覆涂层的耐磨性较纯铜基体有显著提高.     

42CrMo钢表面激光熔覆钴基金刚石耐磨层组织及性能

目的增强42CrMo钢的耐磨性,改善其严重的磨损失效情况。方法采用激光熔覆技术同步送粉的方式在42CrMo钢表面制备金刚石/WC颗粒增强钴基复合熔覆层,借助SEM、EDS、XRD、显微硬度仪和多功能综合性能测试仪,研究了熔覆层宏观形貌与微观组织、物相组成、显微硬度与耐磨性。结果使用Ti/TiC粉末对金刚石进行预处理可以改善其烧蚀和石墨化;适量ZrH₂提升了熔覆层宽厚比,促进了熔池对流传质作用,同时,活性元素Zr改善了金刚石颗粒的润湿性能,提高了黏结相对金刚石的把持力。熔覆层多道搭接过渡均匀,其显微组织主要由细小枝晶及致密网状碳化物共晶组成,熔覆层与基体结合区域反应生成了平面晶组织,进而提高了熔覆层结合强度。激光熔覆热特性使W₂C、ZrC、γ-(Co,Fe)、M₆W₆C、CoZr₂、(Ti,Zr)O₂、TiC_x、Co₃Ti等物相存在于熔覆层内,细晶强化及弥散强化作用使得熔覆层的平均显微硬度(1002HV0.2)是基...     

Al_2O_3对激光熔覆镍基涂层耐磨性的影响

研究Al2O3对激光熔覆镍基涂层耐磨性的影响.通过显微组织的观察,硬度测试和耐磨性测试,结果表明,添加Al2O3具有改变显微组织和激光熔覆层性能的作用.显微组织得到了细化,耐磨性得到显著的提高.     

后续热处理对激光熔覆合金层组织与硬度的影响

采用XRD和TEM技术对Ni21 20％WC 0．5％CeO2合金粉激光熔覆层经过后续热处理的组织与性能进行了研究。结果表明，与未经处理的熔覆层相比，经500℃处理后熔覆层的组织和硬度都基本不变；经750℃或800℃处理后，尽管熔覆层相组成相同，但一些相的含量发生了变化，而且在熔覆层基体上析出了更多的Ni3B、Ni483等化合物，亚稳的M6C3相也向M23C6稳定相转化，同时析出的化合物质点有一定程度的粗化，因此其硬度有较明显的下降。     

45钢表面喷涂熔覆层的微观组织与耐磨性能研究

采用电弧喷涂和氩弧重熔工艺对45钢进行表面喷涂处理,研究熔覆层中WC含量对试样硬度、耐磨性和摩擦系数的影响。结果表明,在熔覆层中添加15%WC的试样,其硬度和耐磨性较高,主要磨损机制为微切削和轻微剥落。     

Cr元素含量对TC21钛合金表面激光熔覆Ni-Al涂层组织与性能的影响

目的研究Cr元素含量对TC21钛合金表面激光熔覆Ni-Al涂层组织与性能的影响,改善其表面性能。方法利用激光熔覆技术在TC21钛合金表面制备不同Cr含量的Ni-Al涂层,采用带有能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对熔覆层的显微组织、物相组成进行分析,采用显微硬度计和材料表面性能综合测试仪测试熔覆层的硬度分布和耐磨性能。结果熔覆层表面质量良好,未添加Cr元素时,熔覆层主要由Ni(Al,Ti)、Ni_2AlTi、Ti Ni等物相组成;添加Cr元素后,熔覆层中有α-Cr沉淀相析出,并且随着Cr元素含量的逐渐提高,Ti Ni、Ni_2AlTi、α-Cr等物相的相对含量逐渐增加。熔覆层主要由Ni(Al,Ti)枝晶组织与其周围呈网状分布的Ti Ni、Ni_2AlTi、α-Cr晶间组织构成。熔覆层的显微硬度均提高到基体的2倍左右,Cr元素对提高Ni-Al涂层显微硬度的影响不大,但能使其显微硬度波动减小,趋于平稳,熔覆层的韧性随着Cr元素含量的增加而不断提高。当Cr元素添加量为20%(原子数分数)时,耐磨性最好,约为基体的2.948倍。结论 Cr元素的添加,有利于熔覆层中α-Cr相的析出和Ti Ni/Ni_2AlTi共晶组织的生成,能有效降低熔覆层的室温脆性,提高塑韧性及耐磨性能。     

合金粉末对42CrMo中频熔敷层硬度及耐磨性的影响

在42CrMo表面涂敷由Fe55、SiC、Mn铁和Cr铁组成的合金粉末,采用中频感应加热的方式,获得高硬度、高耐磨的熔敷层.通过改变SiC、Mn铁、Cr铁加入量,测定熔覆层的硬度和耐磨性.结果表明:当Cr铁加入量为4％～12％时,硬度先升高后下降;Mn铁加入量为0％～2％时,硬度逐渐上升;SiC加入量为1％～5％时,硬度先升高后降低.当Cr铁、Mn铁、SiC加入量分别为8％、2％、3％时,熔覆层硬度最高,耐磨性最好.     

热处理对激光熔覆Ni基合金层组织耐磨性的影响

采用光学显微镜、X射线衍射仪、电子探针、显微硬度计和洛氏硬度计研究了45钢激光熔覆Ni基合金及后续热处理后的组织结构、显微硬度、洛氏硬度和耐磨损性能。结果表明：Ni基合金激光熔覆层的洛氏硬度高达43HRC，热处理又进一步使熔覆层的硬度提高到56HRC。组织细化、Cr1.65Fe0.35B0.96和Cr2B3硬质相的析出是熔覆层硬度和耐磨性提高的原因。     

光纤激光熔覆铁基合金粉末对45钢表面组织和性能的影响

利用IPG-3000 W光纤连续激光器和激光同轴送粉方式在45钢表面熔覆铁基合金粉末,利用金相显微镜、显微硬度计、X射线衍射仪等,分析研究激光熔覆铁基合金粉末对45钢微观组织、显微硬度的影响。结果表明:45钢光纤激光熔覆层的微观组织为胞状晶、柱状晶、树枝晶和等轴晶,主要物相为Ni-Cr-Fe、γ-[Fe,Ni];当激光功率为600 W,扫描速度为0.3 m/s,送粉速率为0.8 g/h,靠近结合面一侧的熔覆层处最大硬度值为560 HV。对比单道和多道搭接熔覆层硬度,发现多道搭接熔覆层硬度较单道熔覆层硬度降低10~40 HV     

高碳高铬耐磨堆焊合金组织及性能

通过焊条电弧堆焊的方式形成高碳高铬(Fe-Cr-C)耐磨合金堆焊层,分析不同碳含量对堆焊层组织、硬质相及耐磨性能的影响。结果表明:堆焊金属的组织主要为M+A+C共+C初,初生碳化物类型为M7C3;随着碳含量的增加,初生碳化物的含量增加,且其生长方向趋于垂直于母材表面;堆焊层硬度随碳含量的增加而增加,但耐磨性在碳含量达一定程度(w(C)5.6%)时反而降低。     

Al含量对CuCrFeMnTiAl高熵合金组织及摩擦磨损行为的影响

根据高熵合金的设计理念制备CuCrFeMnTiAlx(x=0,0.5,1.0,1.5)合金,研究Al含量对该合金系组织结构、硬度及摩擦磨损行为的影响。结果表明:该铸态高熵合金具有简单结构,随Al含量增加,结构由密排六方转变为面心立方;合金的组织为典型的枝晶组织,枝晶间Cu富集的现象明显;合金硬度随着Al含量的增加而升高,其中Al-1.5合金的硬度最高,可以达到7.19GPa;Al-0.5合金在摩擦过程中表面产生氧化区,降低了摩擦系数,因此Al-0.5合金的耐磨性最佳。     

稀土低合金耐磨钢焊条熔敷金属的组织和力学性能

针对低合金耐磨钢在使用过程中的特点,开发研制了两种稀土低合金耐磨铸钢焊条,对添加稀土铈焊条的熔敷金属显微组织和性能进行了分析。结果表明,稀土的加入能够细化熔敷金属显微组织、提高熔敷金属的冲击韧度;在同等条件下,添加稀土铈焊条比添加稀土钇焊条的熔敷金属的耐磨性要好;稀土能够提高熔敷金属耐磨性缘于稀土在熔敷金属中的细化晶粒及促使第二相粒子的均匀分布作用。     

WC含量对激光熔覆NiCrBSi-WC复合涂层显微结构及力学性能的影响

目的 为盾构、勘探及采矿等高载荷严苛磨损条件下的构件表面防护提供一种新的涂层方法。方法 以激光熔覆技术为手段,在NiCrBSi粉末中混入30%~80%（体积分数）的球形WC颗粒,用以制备NiCrBSi-WC复合涂层。研究了WC颗粒含量对涂层显微组织形成、硬度、断裂韧性和耐磨性的影响规律。采用SEM分析了涂层的显微组织;通过显微维氏硬度计测试涂层的硬度;通过压痕法测试涂层的断裂韧性;采用磨粒磨损试验表征涂层的耐磨性。结果 当WC颗粒体积分数低于60%时,熔融金属的黏度较低,密度更大的WC颗粒会沉淀,导致涂层表层的WC颗粒含量较低;当WC颗粒体积分数介于60%~80%时,WC颗粒在涂层内均匀分布,涂层内无气孔及裂纹等缺陷。当WC颗粒体积分数达到80%时,熔体黏度过大,使气体难以及时逸出,在涂层内形成大量气孔。随着WC体积分数由30%上升到80%时,涂层的平均硬度由67HRC提高到85HRC。涂层的断裂韧性随WC含量的提高,出现先升高后下降的反常现象。60%WC含量的复合涂层表现出最佳的耐磨性,比滚刀常用材料H13钢提高约9倍。结论 采用常规激光熔覆技术时,添加40%~60%范围内的硬质陶瓷颗粒,可获得硬质颗粒分布均匀且耐磨性与抗冲击性能优异的复合涂层。     

稀土低合金耐磨钢焊条熔敷金属的组织和力学性能

针对低合金耐磨钢在使用过程中的特点，开发研制了两种稀土低合金耐磨铸钢焊条．对添加稀土铈焊条的熔敷金属显微组织和性能进行了分析。结果表明，稀土的加入能够细化熔敷金属显微组织、提高熔敷金属的冲击韧度；存同等条件下，添加稀土铈焊条比添加稀土钇焊条的熔敷金属的耐磨性要好；稀土能够提高熔敷金属耐磨性缘于稀土在熔敷金属中的细化晶粒及促使第二相粒予的均匀分布作用。     

修复除尘管道用耐磨铁基堆焊合金的组织和性能

采用手工电弧焊在45钢上堆焊一种耐磨铁基堆焊合金。借助光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪及材料试验机研究了堆焊铁基合金的组织和性能。结果表明,焊态耐磨铁基合金中存在高合金马氏体,其硬度为42.7 HRC,经500℃保温2 h后,堆焊合金的硬度为44.5 HRC,耐磨性有所提高。     

耐磨材料与使用工况关系研究

研究比较了高锰钢，马氏体球铁和中碳马氏体钢在二体静载和三体动载条件下的磨损特性，从而找出耐磨材料与使用工况关系。结果表明，在静载条件下，马氏体球铁耐磨性最好；在非强烈冲击条件下，中碳马氏体钢耐磨性最好；在强烈冲击条件下，高锰钢耐磨性最好。     

电子束重熔对熔丝沉积钛合金表面组织及性能的影响

目的 通过表面重熔处理解决沉积钛合金固有组织引起的表面磨损不均及摩擦不稳定的难题,以拓宽沉积钛合金的应用领域。方法 采用电子束重熔工艺对熔丝沉积Ti6Al4V钛合金表面进行改性处理。利用体式显微镜、光学显微镜、X射线衍射仪等分析重熔前后钛合金表层的宏观形貌、显微组织及物相组成变化,运用纳米压痕仪及摩擦磨损试验机考察重熔层的表面纳米力学性能及耐磨性能,并采用三维光学轮廓仪及扫描电子显微镜观察磨损形貌特征。结果 经电子束重熔处理后,熔丝沉积钛合金沉积方向表面组织由不均匀的α+β组成的网篮组织及魏氏组织转变为均匀分布的细针状马氏体(α’)。重熔处理试样表面纳米硬度均匀,且得到明显提升,达3.8 GPa,相较于未重熔试样提高了15%以上,表现出较高的硬弹性。重熔层具有稳定的摩擦系数和较优的耐磨性,其平均摩擦系数为0.45,磨损率为3.59×10^-13 mm³/(N·m),相较于未重熔试样,分别降低了19.6%和22.1%,其磨损机理以磨粒磨损、氧化磨损及粘着磨损为主。结论 电子束重熔工艺能够有效改善熔丝沉积钛合金沉积方向的表面组织均匀性,可获得优异的...     

电火花表面强化工艺对强化层组织性能的影响

采用电火花表面强化设备 ,以硬质材料作为强化电极材料 ,白口铸铁为基体材料 ,研究了电火花表面强化工艺对强化层性能的影响。结果表明 ,选择合适的工艺参数 ,可获得好的强化层表面质量 ,且强化层硬度高 ,耐磨性显著提高。     

高碳钢与钛丝反应合成TiC/Fe复合材料的组织及耐磨性研究

用钛丝作为增强相加人到高碳钢基体中,通过铸造与热处理的工艺,获得丝状碳化钛增强复合材料.对复合材料的微观组织、摩擦磨损行为进行了系统研究.结果表明,制备得到的TiC硬质相,沿原来钛丝方向分布均匀.尺寸为1～4μm.相对于高碳钢标准试样.该复合材料的耐磨性有了,明显的改善.