TiAl合金表面激光重熔等离子喷涂MCrAlY涂层研究

为了进一步提高TiAl合金表面等离子喷涂MCrAlY涂层的高温氧化性能,采用激光重熔工艺对涂层进行处理,研究了激光重熔对涂层微观组织及抗氧化性能的影响.用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了涂层氧化前后的表面形貌、微观组织和相组成.结果表明:经过激光重熔处理后,涂层片层状组织得以消失,致密性提高,消除了喷涂层的大部分孔洞、夹杂等缺陷,同时使Al元素在涂层表面的重新分布,形成了Al的富集区;等离子喷涂MCrAlY层能显著提高TiAl合金的抗高温氧化性能,经过激光重熔后可进一步提高其抗高温氧化性能.     

稀土与激光表面重熔对喷涂层耐蚀性的影响

针对氧化铝涂层的层状结构和多孔性特点，通过控制工作层与底层的粉末成分以及对喷涂层表面进行激光重熔等方法，实现封孔和改变原有涂层组织结构，提高涂层抗腐蚀性能。试验表明，在喷涂粉末中添加适量的稀土，或者对喷涂层表面进行激光重熔，不仅可以改变涂层的组织结构、减少或消除喷涂态氧化铝涂层中的疏松和气孔等缺陷，并且显著提高了涂层的抗腐蚀性能。     

超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr层激光重熔后的冲蚀性能

利用激光重熔技术对超音速火焰喷涂(HVOF)涂层进行改性处理,可改善涂层质量.采用HVOF技术在低碳钢表面喷涂Cr3C2-NiCr层,然后对其进行激光重熔处理,考察了熔覆后涂层的冲蚀性能.结果表明:HVOF层激光重熔后以不同角度冲蚀,30°冲蚀时冲蚀率最大,表现为塑性材料的冲蚀性能;激光重熔HVOF层在冲蚀初期冲蚀率较大,随着冲蚀次数的增加,冲蚀率降低,冲蚀性能最终优于低碳钢和HVOF层;HVOF层激光重熔后致密性提高.     

Ti-Ni低温超音速火焰喷涂层及激光处理后的特征

低压等离子喷涂制备的Ti-Ni涂层性能优异,但成本高、效率低.以镍包钛为粉末,采用低温超音速火焰喷涂技术制备了Ti-Ni涂层,并在惰性气氛保护下对涂层进行激光后处理,从而获得了致密的Ti-Ni涂层.对粉末、喷涂态涂层和激光处理态涂层的结构和相组成进行了表征.结果表明:喷涂态Ti-Ni涂层次表面结构较为疏松,但内部结构致密;涂层以Ni作为Ti的黏结相,Ti没有发生熔融和铺展开,两者没有发生合金化;经激光处理后,涂层表面和内部的致密度明显提高,涂层中以TiNi和Ti2Ni合金相为主,但还含有少量的Ni相存在.     

TiAl合金表面激光重熔热障涂层组织及抗高温氧化性能

为了进一步提高TiAl合金表面等离子喷涂ZrO2-7%(质量分数)Y203热障陶瓷涂层的性能,采用激光重熔工艺对涂层进行处理,研究了激光重熔对涂层微观组织和抗高温氧化性能的影响.用扫描电镜(SEM)分析了涂层形貌和微观结构,同时对其抗高温(850℃)氧化性能进行了考察.结果表明,等离子喷涂热障陶瓷涂层呈典型的层状堆积特征,有一定的孔隙且分布有微裂纹;经过激光重熔处理后,陶瓷涂层片层状组织得以消失,致密性提高,获得了基本没有裂纹等缺陷的重熔层;整个重熔层包括界面没有明显特征的平面晶和上部沿热流方向生长的柱状晶组织.等离子喷涂热障涂层具有较好的抗高温氧化性能,经过激光重熔后可进一步提高其抗高温氧化能力.     

45钢表面大气等离子喷涂氧化钇部分稳定氧化锆热障涂层及其性能

为了制备高性能热障涂层,缩短国内外差距,在45钢表面大气等离子喷涂氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)热障涂层。利用X射线衍射和扫描电镜分析YSZ涂层的相结构和微观形貌,分别测定了YSZ涂层的孔隙率、热导率、显微硬度、结合强度及隔热性能。结果表明:YSZ涂层的孔隙率、隔热温差随喷涂电压增大而减小,随喷涂距离的增加而增大;维氏硬度、结合强度和热导率随喷涂电压增大而增大,随喷涂距离增加而减小;当喷涂电压为80 V,喷涂距离为100 mm时,YSZ热障涂层的结合强度为36.78 MPa,热导率为0.705 W/(m·K),具有较好的隔热性能。     

激光-等离子束复合制备热障涂层高温性能试验研究

在GH536高温合金基材上,采用矩形积分透镜,激光重熔等离子喷涂NiCrAlY/8YSZ热障涂层。1050℃的静态氧化试验和热震试验的结果表明:激光重熔可以改善热障涂层的抗氧化性能,能量密度33J·mm-2的激光重熔试样具有高于等离子喷涂试样的热震寿命,氧化阻力的改善与重熔层致密组织有关,微细网状裂纹释放热震应力的作用是热震寿命提高的主要原因。     

铜基体低压等离子体钨喷涂层激光重熔后的结构与性能

在紫铜上直接喷涂的金属钨(W)层容易出现早期剥落。采用低压等离子体技术制备了Ni-Cu底层、Ni-W中间层和W层;利用大功率CO2激光束对W涂层重熔,研究了激光重熔处理对W涂层显微组织、致密度、结合强度及显微硬度的影响。结果表明:低压等离子喷涂的W层主要呈层状结构,W颗粒熔化不充分,涂层中存在大量的孔洞等缺陷;激光重熔后,W涂层表面的W颗粒已完全熔化,并在激光冷效应的作用下形成了一层厚度约为300μm的细晶组织,W涂层的致密度、结合强度得到了明显的提高。     

激光重熔改性对电弧喷涂Al涂层性能的影响

为改进电弧喷涂Al层和钢基体之间的结合强度,利用Comsol软件分析不同激光功率对材料温度场的影响,然后通过激光重熔工艺对模拟结果进行实验验证。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析试样界面形貌、涂层化学元素与微观结构组成,探讨了涂层与基体的结合性能,并通过电化学腐蚀实验分析涂层耐腐蚀性能。结果表明,在600W和1000W激光功率下,基体与涂层均未实现理想结合;在800W功率下,Al涂层与基体在激光重熔后由机械结合变为冶金结合,形成了基体-结合层-涂层的复合结构,使基体与涂层的结合性能得到显著提高,强化了Al涂层的耐腐蚀性能。     

常规和纳米ZrO_2-7%Y_2O_3等离子喷涂热障层及其激光重熔后的抗热震性能

为了探讨激光重熔对等离子喷涂常规和纳米热障涂层(TBCs)的影响,采用等离子喷涂工艺在γ-TiAl合金表面制备了常规和纳米ZrO2-7%Y2O3TBCs,并对其进行激光重熔处理,研究了等离子喷涂常规TBCs、激光重熔-等离子喷涂常规TBCs、等离子喷涂纳米TBCs及激光重熔-等离子喷涂纳米TBCs 4种涂层在850℃下的抗热震性能。结果表明:4种TBCs热震失效次数依次为73,118,146,163次,相应的热震破坏形式分别为整体剥落、局部剥落、边角剥落和局部剥落;纳米结构有利于提高涂层的抗热震性能;激光重熔在一定程度上改善了等离子喷涂层的抗热震性能。     

聚碳硅烷基复合涂层PCS裂解行为及其抗激光烧蚀性能

针对高性能激光防护涂层的开发问题,根据聚碳硅烷(PCS)裂解时会消耗大量激光能量,并产生高温陶瓷保护相的特点,本研究创新性地提出在传统氧化钇稳定氧化锆(YSZ)隔热涂层表面再复合PCS烧蚀型涂层的防护思路,采用料浆法结合大气等离子喷涂技术(APS)在Ni基合金表面分别制备了NiCrAlY/YSZ/PCS-TiO₂(YPT)和NiCrAlY/YSZ/PCS-Y₂O₃(YPY)涂层。在研究TiO₂和Y₂O₃添加相对PCS裂解行为影响的基础上,系统研究了YPT和YPY复合涂层对10.6μm CO₂激光器的抗激光烧蚀性能,并与单层YSZ涂层进行比较。结果表明, YPY和YPT复合涂层比传统YSZ涂层的激光防护效果更好,这是因为在激光烧蚀初期,涂层表面的PCS裂解会消耗激光能量,且烧蚀后残余的Y₂SiO₅、SiC和SiO₂相会沉积在YSZ涂层上,形成致密的保护层,继续对YSZ涂层...     

大气等离子喷涂Fe基涂层及其氩弧重熔层的组织与力学性能

采用氩弧重熔技术对大气等离子喷涂Fe基涂层进行了重熔处理,分析了重熔前后涂层的显微组织和力学性能。结果表明,重熔后Fe基喷涂层的层状结构以及气孔、未熔颗粒、夹杂物基本被消除,孔隙率由4%降低到0. 4%,重熔层组织致密。喷涂层主要由微晶区、纳米晶区和过渡区组成,结晶度较差,原子排列较混乱,而重熔层由单晶区和(Fe,Cr)23C6相构成,析出相与基体界面处无显微裂纹,结晶度较好,原子排列较规则;喷涂层与基体结合处有明显缝隙,结合方式为机械结合,而重熔层与基体界面产生"白亮带",结合方式为冶金结合;相对于喷涂层,重熔层的平均显微硬度和弹性模量分别提高了33. 4%和53. 2%,表面粗糙度降低了43. 2%。氩弧重熔处理显著地改善了Fe基涂层的显微组织及力学性能。     

脉冲电子束作用下热障涂层微观结构及热循环性能

利用强流脉冲电子束(HCPEB)技术对大气等离子喷涂(APS)技术制备的热障涂层(TBCs)进行表面处理,探究HCPEB辐照对TBCs微观结构以及热循环性能的影响。热循环实验采用950℃炉温加热并随后水淬。采用X射线衍射,扫描电子显微镜详细分析了辐照前后涂层表面微观结构及相组成。X射线分析结果表明,HCPEB辐照后陶瓷层中单斜相m相含量降低;此外,衍射峰发生宽化及偏移说明伴随有晶粒细化以及残余应力产生。微观结构观察表明,HCPEB辐照后热喷涂缺陷消失,涂层发生重熔,涂层表面粗糙度降低,且重熔层内部有网状垂直微裂纹以及柱状晶产生。热循环实验表明,250次热循环后原始涂层发生整体剥落,涂层失效;而HCPEB辐照后涂层并未出现明显的剥落迹象,仅存在水平裂纹的扩展,涂层的热循环寿命明显提高。     

WC基热喷涂金属陶瓷涂层的激光改性研究

本工作研究了CO2激光重熔处理对超音速火焰喷涂WC--Co和WC--NiCr涂层的组织结构和摩擦学行为的影响。结果表明：选定优化参数下,激光重熔可降低涂层气孔率,提高涂层显微硬度,涂层与基材之间实现冶金结合;干摩擦条件下,涂层经过激光重熔处理耐磨性能显著提高;但润滑条件下劣于未经重熔处理涂层,这可能与未重熔涂层含有较多的气孔,可存储润滑油较好地发挥润滑效果有关。     

等离子喷涂-激光重熔陶瓷涂层存在问题及改进措施

等离子喷涂是目前国内、外最常用的金属表面陶瓷涂层技术，但涂层的组织呈粗大的片层状、孔隙度较高、裂纹较多，且涂层与基材间为机械结合。等离子喷涂层的激光重熔为这一技术难题的解决提供了一条新的途径，使陶瓷材料的优异性能充分发挥出来。为此，综述了国内、外激光表面重熔等离子喷涂陶瓷涂层的研究现状，总结了等离子喷涂陶瓷涂层激光重熔后的组织特征与性能特点，分析了激光重熔过程中存在裂纹和剥落等问题的原因，提出了这些问题的解决途径，并展望了该项技术的应用前景。     

铜合金表面热喷涂镍基合金层激光重熔后的显微组织及耐磨性能

为了满足工业领域铜合金传热、耐磨、耐腐蚀性能优异的要求,对铜合金表面先等离子喷涂NiCrFeWBC自熔合金层,再进行激光重熔.采用现代分析技术研究了重熔处理对涂层显微组织及耐磨性能的影响.结果表明:等离子喷涂NiCrFeWBC自熔合金涂层重熔后层状组织、孔洞等缺陷完全消失,激光熔覆层与铜基体为冶金结合,涂层致密、组织均匀;熔覆层由表及里依次呈等轴晶、树枝晶及胞状晶形貌,并有WC,W_2C,Ni_3B等颗粒析出;熔覆层磨损性能明显高于铜合金基体及热喷涂涂层,磨损机理为典型的磨粒磨损.     

激光重熔锌铝基陶瓷复合层的组织与性能

采用金相显微镜、透射电镜、X射线衍射仪、显微硬度计以及微动磨损机研究了激光重熔等离子喷涂锌铝基Al2O3复合陶瓷涂层的组织结构、硬度及其耐磨性能.研究结果表明:等离子喷涂层由α-Al2O3和γ-Al2O3组成,层间为机械结合界面;经激光重熔后的组织为单一的体心四方结构的δ-Al2O3相,其点阵常数a0=7.943×10-8cm,c0=23.500×10-8cm,Al2O3与基体间的界面结合状况得到明显改善;熔覆后的Al2O3涂层硬度达150～170 HV100g,耐磨性能(S=L 988)比基体材料(S=2.837)有较大提高,其磨损机制是疲劳磨损和磨粒磨损,但以磨粒磨损为主.     

等离子喷涂纳米ZrO2-8%Y2O3涂层的结构及性能

热障涂层能提高工件的性能,延长其使用寿命,但目前对其厚度0.5 mm以上的研究报道不多.为此,以纳米ZrO2-8%(质量分数)Y2O3粉末(YSZ)为原料,用等离子体喷涂法制备了3种厚度(0.6,0.8,1.2 mm)的热障涂层,并对涂层的结构和性能进行了研究.结果表明:纳米涂层主要由未熔粉末及周围的柱状晶、等轴晶组成,可观察到大量纳米晶,喷涂电流对组织结构的影响远大于喷涂距离;热障涂层结合强度随涂层厚度的增加而降低;涂层隔热性能随涂层厚度的增加而提高,温度越高优势越明显.     

等离子喷涂-激光重熔制备AlCuFe准晶涂层的研究

报道了在氩气气氛下，利用固体YAG激光对等离子喷涂AlCuFe准晶涂层进行激光重熔制备包含二十面体准晶I相及β类似相涂层的研究。结果表明，在激光功率固定为300W的情况下，随着激光扫描速度的增加，低碳钢基体中Fe元素对涂层的稀释度减小，从而使不同扫描速度下所得离子喷涂-激光重熔涂层中I相和β相的含量比I/β依次增加。同时随着激光扫描速度的增加，激光熔化涂层的熔池深度变浅。当激光扫描速度大于某一定值时，涂层熔化深度达不到涂层与基体的结合界面从而无法使涂层与基体之间实现冶金结合，不利于涂层结合力的提高。     

燃气热循环下7YSZ热障涂层的微结构演变与阻抗谱特征

在1250℃燃气热循环条件下,测试热障涂层抗冷热冲击性能,以模拟发动机叶片的启动升温与关闭降温循环过程。采用电化学阻抗谱测试和扫描电镜(SEM)系统研究热循环过程中热生长氧化物(TGO)生长与YSZ陶瓷层微结构演变。结果表明:随着热循环次数增加,热障涂层内TGO不断生长变厚,在中频阶段的阻抗谱响应越来越显著。YSZ陶瓷层内部经历了微裂纹的萌生与扩展两个阶段。经过100次热循环后的YSZ层表现出与喷涂态涂层相似的阻抗特征,表明高温下烧结会使YSZ层产生的微裂纹在短时间内愈合。但经过300次热循环后的YSZ层表现出与喷涂态完全不同的阻抗谱,并随热循环次数增加,YSZ颗粒间隙阻抗值不断增加,表明YSZ内层产生了不可愈合的微裂纹,是导致YSZ层最终失效的主要因素。