激光熔覆和重熔制备Fe-Ni-B-Si-Nb系非晶纳米晶复合涂层

采用激光熔覆和重熔的方法在低碳钢CCS-B上制备Fe-Ni-Si-B-Nb系非晶纳米晶复合涂层。利用X射线衍射、扫描电镜、EDAX能谱及透射电镜分析涂层的物相、组织结构,运用显微硬度计、纳米压痕仪及摩擦磨损试验机研究涂层的显微硬度分布、微观力学性能及摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层的组织由表面至基体分为非晶纳米晶复合区、熔覆层与基体,其中,复合区为Fe2B、γ-(Fe,Ni)多晶和非晶相的混合组织;涂层的最高显微硬度达到了1 369 HV;涂层的平均摩擦因数为0.275;涂层的主要磨损形式是磨粒磨损和粘着磨损,具有良好的摩擦磨损性能。     

稀土Ce对激光熔覆高硼贝氏体涂层性能的影响

利用激光熔覆制备了不同Ce含量的高硼贝氏体涂层.采用扫描电镜对不同Ce含量的涂层组织进行表征;利用显微硬度计检测熔覆层显微硬度;通过万能拉伸机测试熔覆涂层的断裂韧性;用往复摩擦磨损试验机测试涂层的磨损性能.结果表明:经稀土Ce改性后,初生奥氏体晶粒尺寸减小,晶间网格状硼化物形态得到改善,呈现断网或颗粒状.三点弯曲断裂韧...     

激光重熔镍基合金复合涂层组织和性能

研究了激光重熔Ni60 20% WC喷涂层的组织和性能,通过对涂层显微组织、硬度、耐磨性等试验的结果分析表明:火焰喷涂后的Ni基WC喷涂层经激光重熔处理后,涂层中有新的硬质相和共晶组织形成,WC均匀地分布在涂层中.涂层中除了包含γ固溶体外,还有WC,W2C,Ni3B,CrB,Cr7C3,Cr23C6,Cr2B,(Fe,Ni)23C6等硬质相和化合物.这些化合物有效地改善了涂层的组织和性能,得到了硬度和耐磨性较好的喷涂层.涂层表面的硬度值可以达到HRC60,涂层截面的显微硬度可以达到800 HV.     

激光熔敷制备高速钢涂层

为了利用高速钢的优良性能,拓展其应用范围、降低使用成本,采用同轴送粉激光熔敷技术,在3mm厚的普通用不锈钢侧面制备高硬度的高速钢耐磨涂层,并对熔敷后的试样进行热处理。分析涂层的显微组织,研究热处理制度对涂层显微硬度的影响,测试涂层的耐磨性能。结果表明:涂层热处理前主要为细小等轴晶,组织为淬火马氏体+残留奥氏体+少量碳化物;热处理后主要为回火马氏体+少量残留奥氏体+大量析出碳化物;获得了最佳热处理参数,热处理后涂层硬度大幅度提高,约为基材的2倍;相同磨损条件下,耐磨涂层的磨损失质量仅为基体的1/5。     

退火处理对激光熔覆FeCoCrNiB/SiC高熵合金涂层组织与性能的影响

采用激光熔敷技术在45号钢表面制备不同SiC含量的FeCoCrNiB/SiC高熵合金涂层。研究退火温度对FeCoCrNiB/SiC涂层组织结构、硬度和耐磨性的影响。结果表明：未加SiC时,涂层由简单FCC固溶体和柳叶状Cr2B相组成。加入SiC后涂层中基体仍然为简单FCC固溶体,但基体内部出现了条状碳化物M7C3和方块状硼化物Fe2B。随着SiC添加量的增加,FeCoCrNiB/SiC涂层析出碳化物和硼化物颗粒尺寸显著变小,碳化物含量逐渐增多,涂层硬度和耐磨损性显著提高。FeCoCrNiB/SiC涂层经过高温退火后相结构较稳定,但组织有一定程度的粗化。添加10wt%SiC的涂层在900 ℃高温退火后硬度下降仅4 %,具有良好的抗高温软化特性。添加SiC颗粒改变了FeCoCrNiB涂层的磨损机制,抑制了涂层的氧化磨损。FeCoCrNiB/SiC涂层经900 ℃高温退火后仍保持良好的耐磨损性能。     

激光熔覆原位合成Cop/Cu复合涂层

采用激光熔覆快速凝固技术,原位合成了C为p/Cu复合材料涂层,应用扫描电镜及能谱附件研究了激光工艺参数对涂层显微组织的影响.结果表明,激光熔池大的过冷度条件,有利于Cu-Co合金的液相分离.在优化的激光熔覆工艺条件下.可原位合成表面光滑、均匀连续的致密Cop/Cu复合涂层,涂层组织由大量细小的均匀分布在铜基固溶体基体上的富γ-Co球形颗粒组成.随着热输入的降低,颗粒相的尺寸得到细化.对Cop/Cu复合涂层组织的形成和细化机理进行了分析.     

时效对激光熔覆FeCoCrNiB0.5高熵合金激光涂层组织和硬度的影响

采用激光熔覆方法在Q235钢上制备FeCoCrNiB_0.5高熵合金涂层,利用XRD、SEM以及显微维氏硬度计等,研究时效温度对涂层的显微组织、相结构及硬度的影响。结果表明,涂层由FCC结构固溶体和M₂B两相构成,并且相结构具有很好的高温稳定性。涂层经过800 ℃和900 ℃时效后,枝晶内有大量的颗粒状M₂B相脱溶物析出;而1000 ℃时效后,枝晶间的M₂B相显著粗化,涂层中树枝晶组织消失。FeCoCrNiB_0.5高熵合金涂层的硬度为447 HV0.2,且涂层硬度随时效温度升高而逐渐降低。     

激光熔覆镍基自润滑涂层的性能

在TC4钛合金表面激光熔覆Ni60/30%WS₂自润滑涂层,研究了不同扫描速度下熔覆层的组织及性能。结果表明,Ni60/30%WS₂激光熔覆层均以W为硬质相,Ti、Ni的固溶体为基体。但不同扫描速度下,熔覆层生成的润滑相不同。扫描速度4 mm/s时,TiS为润滑相;扫描速度12 mm/s时,CrS为润滑相。激光熔覆层硬度在1000~1200 HV0.5之间,较基体提高2倍左右,摩擦因数及磨损率较基体都明显降低。     

42CrMo钢表面激光熔覆颗粒增强Co基涂层的组织与性能

为改进矿用截齿的耐磨性能,使用激光熔覆技术在截齿用42CrMo钢基体表面制备Co基复合涂层,并分析涂层的微观组织、硬度和耐磨性。结果表明,熔覆层形貌良好且与基体呈冶金结合。在激光作用下,WC颗粒发生溶解并与多种元素发生反应,熔覆层主要由γ-(Co, Fe)和碳化物组成。熔覆层组织呈梯度变化,过渡区组织为平面晶、枝状晶和柱状晶,熔覆区组织则为等轴枝晶和均匀分布的富W、Ti的碳化物颗粒。熔覆层平均显微硬度为995 HV,远高于基体(328 HV),同时热影响区的硬度也大幅提高。在相同的磨损条件下,熔覆层摩擦因数较低,体积磨损量仅为基体的13.5%。在摩擦过程中,弥散分布的细小碳化物颗粒逐渐凸起并起到承担载荷和抵抗磨损的作用,使熔覆层具有良好的耐磨性,磨损机制为轻微磨粒磨损。激光熔覆技术制备的颗粒增强Co基涂层,组织致密,性能良好,能显著地提高42CrMo钢的表面硬度和耐磨性。     

激光重熔对纳米Ni-TiN复合镀层性能影响

为进一步提高超声-脉冲电沉积制备的纳米Ni-TiN复合镀层性能并强化镀层与基体的结合,采用激光对镀层进行重熔处理,研究了激光参数对镀层形貌及显微硬度的影响。用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及显微硬度计观察并分析镀层激光重熔前后形貌、成分及显微硬度。结果表明,经过激光重熔后镀层表面平整、致密度提高、重熔层与基体形成了良好的冶金结合,且表面硬度提高到1298.7 HV0.1。     

Fabrication of Ni34.1Fe27.9B18Si18Nb2 amorphous matrix coating on mild steel by laser processing

Ni34.1Fe27.9B18Si18Nb2 coating was deposited on mild steel substrate using high power laser cladding followed by laser remelting process.The laser processing was conducted by the powder feeding method using low purity materials without shielding box.To learn the surface amorphous matrix coating forming mechanism,the coating without remelting process was also studied.The phases and microstructures were analyzed by X-ray diffraction (XRD),scanning-and transmission-electron microscopy(SEM,TEM).The microhardncss and corrosion resistance property of the coating were also measured.The results of SEM,XRD and TEM analysis show that the remelted coating has an amorphous matrix layer embedded with some crystals due to high cooling rate during remelting process.The crystals phases are identified as Fe2B phase,γ(Fe,Ni)phase and α-Fe phase.No oxidation phases are found in the coating surface.Hardness profiles reveal microhardness more than 1100 HV0.5over the full depth of the amorphous matrix layer,while the unrerntled coating and the substrate show relatively lower hardness than the remelted layer.Corrosion resistance tests exhibit that the remelted coating is nobler than the unremelted coating and the substrate material.     

激光搭接再重叠扫描熔覆镍基纳米WC/Co层的显微组织

采用CO2激光在45钢表面制备镍基纳米WC/Co熔覆层.使用搭接再重叠扫描工艺,突破了单道激光熔覆处理区域较窄的局限性以及搭接熔覆层中的碳化物形态多样性和分布不均匀性较大的缺陷.搭接再重叠扫描层硬度不下降且不出现新的裂纹和孔洞,这使大面积激光熔覆的实际应用成为可能.研究结果表明,搭接再重叠扫描的熔覆层中仍然存在相当数量的粒度≤100 nm的碳化物颗粒,其纳米效应对该熔覆层的抗裂止裂起了重要作用.     

激光熔覆Fe-W合金涂层的组织及性能

以纯钨粉末为熔覆材料,采用同轴送粉激光熔覆技术,在Q235A钢表面制备了Fe-W合金耐磨涂层.利用X射线衍射（XRD）、光学显微镜、扫描电镜（SEM）及能谱（EDS）对熔覆层的显微组织进行了分析,用显微硬度计和摩擦磨损试验机对熔覆层的硬度和耐磨性进行了测试.结果表明,熔覆层与基底冶金结合,无明显裂纹或气孔,涂层内部由致密的粗大树枝状和短棒状Fe7W6增强相以及弥散分布的细小颗粒状Fe2W相组成,其均匀分布在α-Fe固溶体中.熔覆层平均硬度700 HV,为基材Q235A钢的3.5倍,同时耐磨性能也得到了显著提高.     

激光熔覆FeCrNiCoMoCuBSi高熵合金涂层的腐蚀磨损性能

利用激光熔覆技术在316L不锈钢表面制备了FeCrNiCoMoCuBSi高熵合金涂层,分析了其组织结构、硬度、摩擦磨损、电化学腐蚀和腐蚀磨损性能。结果表明,熔覆层成型良好,表面无裂纹、气孔等缺陷。熔覆层主要由FCC固溶体相组成,微观组织以“柳条状”树枝晶为主,结合区为平面晶,与基体呈良好的冶金结合。熔覆层的平均硬度为700 HV_0.2,约为基材的3.5倍。熔覆层在不同载荷下的摩擦系数均低于基材,磨损量小于基材,表现出明显优于基材的耐磨性。在3.5wt% NaCl溶液中,熔覆层自腐蚀电流密度为4.74×10^_-8A.cm^_-2,低于基材两个数量级,耐蚀性优异。在摩擦载荷与腐蚀耦合作用下,熔覆层开路电位发生负偏移,腐蚀倾向增大。随摩擦载荷增大,自腐蚀电位负移,自腐蚀电流密度增大,摩擦促进腐蚀作用增大。     

激光熔覆制备Fe-Ti-Mo-C系复合涂层

采用钛铁、钼铁和石墨为激光熔覆粉末,利用激光多道搭接熔覆技术在碳钢基体上制备Fe-Ti-Mo-C复合涂层.利用X射线衍射仪、场发射扫描电镜、电子探针对涂层的相结构和显微组织进行了研究.用显微硬度计和滑动磨损试验机,对涂层的硬度和耐磨性能进行测试.结果表明,涂层中原位生成了(Ti,Mo)C复合碳化物.(Ti,Mo)C呈面心立方结构,晶格常数略小于TiC晶粒.随着原材料中钼铁加入量的增加,涂层显微组织由铁素体、珠光体向马氏体转变,显微硬度和耐磨性增加,但抗裂性能降低.     

激光熔覆Ni-Cr-B-Si耐热疲劳合金的组织与性能

在H13压铸模具钢表面进行了激光熔覆Ni-Cr-B-Si耐热疲劳合金的试验研究,利用金相显微镜、扫描电镜、显微维氏硬度计等仪器检测了熔覆层的组织和性能。结果表明,激光熔覆可以得到晶粒超细化、硬度高,与基体结合牢固的表面熔覆层。熔覆层组织为Ni基多元固溶体+碳化物(碳化铬、碳化钨、渗碳体),熔覆层平均硬度约732 HV0.2,平均厚度1.5 mm,与基体相比,其耐热疲劳性能提高112%,可显著提高合金压铸模的使用寿命。     

Fabrication and microstructure of Fe-based amorphous composite coatings by laser cladding

Fe-based amorphous composite coatings were fabricated on AISI 1045 steel by laser cladding. The results of the X-ray diffraction and transmission electron microscopy analyses show the coating is composed of an amorphous phase in majority and a nanocrystalline phase in minority. Phase composition of the coating changes along the depth of the coating. The reasonable scanning speed for fabricating an amorphous composite coating is 3 500mm/min when the laser power is 4 800W and the laser beam diameter is 2mm. If the scanning speed is lower than 3 500mm/min, the intensity of the two main diffraction peaks in X-ray diffraction patterns of the coatings decreases with the scanning speeds increasing. At the same time, a broad halo peak emerges and enlarges. High laser power and fast scanning speed are the essential conditions of amorphization. The coating exhibits high microhardness.     

超声功率对激光熔覆Fe-Cr-V-C系涂层组织与性能的影响

采用激光熔覆方法在基体表面制备出高强高硬度耐磨涂层,借助光学显微镜、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪以及磨粒磨损试验机等试验仪器研究超声波功率对涂层组织与性能的影响.同时利用图像分析软件Image-Pro Plus测量晶粒尺寸.结果表明,超声波功率对涂层组织与性能均有明显影响.随着超声波功率的增加,空化效应以及声流作用也越来越明显,晶粒尺寸由87 μm减小到6 μm.涂层硬度与相对耐磨性都呈先增加后减小的变化规律.当超声波功率增大到1 000 W时,晶粒尺寸最小,其最小值为6 μm,涂层硬度达到最大值62 HRC,且其相对耐磨性也到最大,其耐磨性是基体的50倍左右.     

等离子喷涂氧化锆涂层及激光重熔涂层的摩擦磨损性能

采用等离子喷涂制备了常规氧化锆涂层和纳米氧化锆涂层,并对制备的纳米氧化锆涂层进行了激光重熔处理,系统地研究了3种氧化锆涂层(常规、纳米和激光重熔涂层)在常温和高温下的摩擦磨损性能.结果表明,纳米氧化锆涂层耐磨性能明显优于常规氧化锆涂层,而激光重熔处理后的纳米氧化锆涂层在常温和高温下,都表现出最低的摩擦系数和最好的耐磨性能.这3种涂层的表面粗糙程度、涂层孔隙率和裂纹状况明显不同,从而表现出不同的摩擦磨损特性;说明纳米粉末等离子喷涂结合激光重熔技术是提高氧化锆涂层性能的有效方法.     

Formation and performance of an Fe-based amorphous-nanocrystalline composite coating by laser cladding and remelting

Abstract

A very important research topic in the area of the surface performance of engineering components, in particular their wear properties, recently has been the application of high quality surface layers on relatively cheap substrates. An Fe-based composite coating with both amorphous and nanocrystalline structures on a mild steel substrate offers a combination of high quality coating and low materials cost, at the same time extending the range of applications of traditional materials. The difficulties posed by preparation of Fe-based amorphous alloys have limited progress for many years. However, the recent development of high power lasers, and of laser material processing technology in general, has made the preparation of a Fe-based amorphous and nanocrystalline composite coatings over a large area a real possibility.