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.     

激光熔覆原位自生TiB2的工艺研究

采用固体YAG脉冲激光对预置一定配比的Ti/B混合粉末涂层进行激光熔覆,在TC4钛合金表面原位合成TiB2陶瓷增强相.利用X射线衍射、金相显微观察以及显微硬度测试等手段,分别对熔覆样品的物相、组织形貌和显微硬度分布特征进行了研究.实验结果表明,激光功率为64W(其中电流140A,脉宽8～10ms,频率12~15Hz),扫描速度1.O～1.2mm/s,离焦量2mm时,可原位生成TiB2陶瓷涂层.金相观察结果表明,熔覆层与基体结合处为波形界面,形成了良好的冶金结合.显微硬度沿截面纵向呈梯度分布,熔覆层的硬度较基底平均提高了3～4倍.     

TC4钛合金表面激光熔覆原位制备TiB陶瓷涂层的微观组织特征与硬度特性

为提高钛合金表面力学性能,利用钛合金基体与TiB2粉末之间的原位反应,在TC4钛合金表面激光熔覆原位制备了TiB陶瓷涂层。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了熔覆层的形貌、显微组织与陶瓷相分布,并用硬度计测试了显微硬度。结果表明,在实验优化的工艺参数下,可制备出无气孔、无裂纹与表面质量较好的熔覆层。熔覆层的显微组织由表及里从块状颗粒转变为细针状组织;TiB2陶瓷相由表及里逐渐减少,而TiB陶瓷相由表及里逐渐增多;熔层表面显微硬度高,并由表及里呈现出梯度变化。     

激光原位熔覆制备TiC/TiB硬质陶瓷复合涂层

采用5 kW横流CO2激光器,在TC4钛合金表面熔覆TiC与TiB2混合粉末,制备出了组织细密、无裂纹与气孔的TiC/TiB复合陶瓷涂层.采用扫描电镜(SEM)、能量散射X谱仪(EDX)、X射线衍射仪(XRD)以及HXD-1000B显微硬度计,分析了熔覆层的显微组织形貌、成分与物相结构,测试了激光熔覆层的显微硬度.结果表明,激光熔覆原位制备的TiC/TiB复合涂层与基体呈冶金结合,熔覆层组织呈现出由表层十字形花瓣状TiC组织到结合区致密小颗粒TiC组织分布变化的特点.同时,熔层中有大量的纤维状TiB组织填充在十字形花瓣状组织与颗粒状组织之间,且纤维组织从熔覆层表层到结合区逐渐增加.熔覆层的显微硬度值最高可达1240 HV0.2,为基体的3.5倍.     

激光熔覆TiC增强Ti基复合涂层的组织与性能

利用激光熔覆技术在工业纯钛表面分别预置TiC、(Ti C)、(Ti TiC)粉末制备了TiC增强Ti基复合涂层,对复合涂层的组织与性能进行了分析和测试.结果表明:制备的涂层均由TiC增强相和α'-Ti组成;激光熔覆纯TiC涂层出现了陶瓷的分层现象,对组织和性能不利;激光熔覆(Ti C)原位反应生成了TiC,但组织较粗大;熔覆(Ti TiC)组织均匀致密.三种熔覆层硬度大小关系为:加(Ti TiC)>加TiC>加(Ti C),最高硬度分别为Hv1246、Hv1213、Hv1135,加(Ti TiC)涂层硬度最高.导致该熔覆层硬度最高的主要原因是添加的Ti对熔覆有利,且生成了数量较多、较致密均匀的硬质TiC陶瓷相.     

TC4表面激光熔覆TiC和TiC-NiCrBSi涂层的微观组织研究

采用激光熔覆技术在TC4合金表面制备TiC和TiC-NiCrBSi涂层,研究了激光熔覆层的微观组织和硬度。结果表明,在TiC激光熔覆层中,表层(熔覆区)大部分TiC颗粒发生了熔化并以树枝晶形式结晶,底层(稀释区)TiC颗粒向钛合金中溶解并以树枝晶形式沉淀析出。随激光比能的增加,基底钛合金的稀释作用增加,熔覆层的硬度降低。在TiC-NiCrBSi激光熔覆层中,熔覆区中的TiC颗粒向Ni基合金中溶解并以细小的球状颗粒和树枝晶形式沉淀析出,随激光比能的增加,TiC颗粒的溶解程度增加。当TiC颗粒的体积分数超过50%时,TiC颗粒出现偏聚现象。TiC-NiCrBSi激光熔覆层的稀释区是Ni基合金和钛合金的混熔区,呈细小的树枝晶形态。     

激光熔覆原位自生TiB2-TiC/ FeCrSiB复合涂层研究

为提高钢基材料表面耐磨性能,采用激光熔覆技术制备了原位自生(TiB2-TiC)增强铁基熔覆层.采用X射线衍射仪,金相显微镜,SEM,EPMA,研究了涂层的组织结构,利用显微硬度计测试了涂层的显微硬度.研究结果表明,通过B4C和钛铁之间的反应可以原位生成陶瓷增强相TiB2和TiC,二者的微观形貌有显著差异,TiB2呈棒条状,TiC呈块状和花瓣状.同被强化基体及FeCrSiB熔覆层相比,熔覆层显微硬度有明显提高.     

基体材料对NiCrBSi激光熔覆层组织及硬度的影响

在TC4合金和60^#钢表面进行了激光熔覆NiCrBSi涂层的试验,利用扫描电镜和X射线衍射仪等对激光熔覆层的组织、成分和物查进行了分析,测试了激光熔覆层的显微硬度。结果表明,激光熔覆层在微观结构上存在熔覆区、结合区、基体热影响区三个区域。在TC4合金表面熔覆区中出现了TiB2、TiC等新相,其显微硬度在HV900－1100之间,明显于60^#钢表面熔覆区的显微硬度（HV800－900）。     

TC4激光熔覆Ti/7YSZ复合热障涂层实验研究

为提升YSZ隔热涂层的力学性能,阐明其组织形成过程及机理,优化激光加工工艺参数。方法采用YLS-3000型光纤激光系统利用激光熔覆技术在TC4表面制备了Ti/7YSZ复合涂层体系;通过光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和硬度仪分别表征激光熔覆Ti/7YSZ复合热障涂层的宏观形貌、显微组织、元素分布、物相组成及硬度分布。结果在不同激光扫描速度下,熔覆层表面呈不同程度黄色,微观组织均具有“上下细密、中间粗大”特征,其主要由针状α′马氏体、马氏体核心、α相集束、残余β相以及以TiC为代表的MC碳化物构成,Zr元素富集在基体与熔覆区的结合区;随着扫描速度的增加,Zr元素分布愈发不均匀,熔覆区内马氏体混乱、破碎程度加剧,显微硬度先增后减,7mm/s时熔覆层与基体结合良好,硬度水平达到峰值600 HV,达TC4基体的2.5倍,熔覆质量最佳。结论:优化激光扫描速度,可以显著提升熔覆层的质量与综合性能;熔材中Zr元素以ZrO2、ZrC以及固溶形式存在于熔覆区;马氏体间错位滑移阻力、TiC等增强相以及Zr元素固溶强化作用使显微硬度得以提升。     

Ti-6Al-4V合金基体上激光熔覆Ti+TiC粉末的显微组织

在Ti-6Al-4V合金表面进行了Ti+33%TiC的激光熔覆试验研究。利用SEM分析手段对Ti+33%TiC熔覆层的显微组织进行了分析,阐述了熔覆层的强化机制。显微组织分析表明,Ti-6Al-4V合金表面Ti+33%TiC激光熔覆层的显微组织沿层深方向可分为熔覆区、结合区和热影响区3个区域。熔覆区中的TiC以细小的枝晶形式存在,Ti基体填充在TiC树枝晶的间隙中,起到连接TiC和传递载荷的作用,熔覆层得到明显的强化。     

薄板模具钢脉冲Nd:YAG激光熔凝区显微硬度特征的影响因素

本文在厚度为 0 .5— 2 .0mm的 5Cr4Mo3SiMnVAl(0 12Al)模具钢和Cr12MoV模具钢薄板上 ,采用脉冲Nd :YAG激光进行了激光熔凝实验 ,研究了工艺参数 (脉冲宽度和脉冲频率 )、材质和材料厚度对激光熔凝后熔凝层显微硬度特征的影响。结果表明 :随着脉冲宽度的增加或脉冲频率的减少 ,激光熔凝区的显微硬度有减少的趋势 ;Cr12MoV模具钢的激光熔凝区的显微硬度比 0 12Al模具钢的低 ;随着材料厚度的增加 ,激光熔凝区的显微硬度表现为先增加后减少的趋势。激光熔凝工艺参数、材料的热扩散情况和材料的热物性参数的不同是造成上述现象的主要原因。     

3Cr13不锈钢计数器棘轮的激光淬火研究

利用2KW横流CO_2激光器对3Cr13计数器棘轮进行了激光淬火研究,结合零件的原始加工次序,比较了两种次序激光淬火投弹器棘轮的工艺,结果表明:经两种方法激光处理后棘轮的显微硬度均达到了该零件技术指标的要求,显微硬度为HV412∽550。激光处理3Cr13不锈钢硬化层的深度为1.0mm,表面最高硬度HV680,比普通淬火高约HV160。激光处理后齿面的光洁度不变,达(Ra0.4∽0.3μm),激光淬火的变形为2.5μm左右。激光淬火区的显微组织为细小均匀的隐晶马氏体。     

感应预热对激光沉积修复TA15钛合金显微组织和残余应力的影响

利用6 kW光纤激光器的激光沉积修复系统和电磁感应加热设备,采用TA15钛合金粉末在基板未预热和预热到200℃、400℃时分别进行激光沉积修复实验。利用光学显微镜、显微硬度计、压痕法应力测试仪对激光沉积修复试样的显微组织、显微硬度、残余应力进行测试分析,得到不同预热温度对激光沉积修复显微组织、显微硬度、残余应力的影响规律。结果表明:随着感应预热温度的升高,片层组织变得粗大,初生相生长更加充分;组织分布均匀化,显微硬度轻微降低;残余应力明显减小。为感应加热辅助激光沉积修复提供指导依据。     

线能量对奥氏体不锈钢激光焊接质量的影响

为了研究线能量对304奥氏体不锈钢激光焊接质量的影响,采用高功率Nd:YAG激光器及焊接机器人对304奥氏体不锈钢薄板进行了激光焊接工艺试验,并使用光学显微镜、显微硬度计、拉伸试验机等仪器重点研究了线能量对304奥氏体不锈钢激光焊接焊缝成形和力学性能的影响.结果表明,线能量对焊缝成形、显微硬度及力学性能有较大影响,接头显微硬度分布不均匀,低功率时静拉伸强度最小值为671.67MPa,高功率时静拉伸强度最小值达780MPa.     

激光表面处理1.6%C超高碳钢的组织与性能

为了研究激光处理后超高碳钢表面组织及性能的变化,采用2kW连续横流CO2激光器对超高碳钢(C的质量分数为0.016)进行了激光处理,采用扫描电镜观察组织和显微硬度计测量深度方向显微硬度值的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了沿深度方向的组织照片和硬度分布曲线。结果表明,激光处理层分为熔凝层、过热层和相变硬化层。熔凝层可观察到胞状树枝晶和离异共晶;相变硬化层组织细小,显微硬度(高达750HV～905HV)高于其它层,是典型的激光淬火组织。随激光功率增大(1000W～1200W),熔凝层中胞状树枝晶和离异共晶增多并细化,马氏体数量减少,各层的宽度、深度均增大,显微硬度降低。这一结果对细化超高碳钢组织和改善其性能是有帮助的。     

扫描速度对硼化物金属陶瓷激光熔覆层组织和性能的影响

采用5 kW CO₂激光器在45钢表面熔覆制备MoB/CoCr金属陶瓷涂层,采用SEM、EDS和显微硬度计分别对在不同扫描速度下熔覆区的微观组织结构、化学成分分布和硬度进行测试。结果表明:熔覆区组织致密、无裂纹;200 mm/s扫描速度下熔覆区的组织呈现树枝晶—胞状树枝晶—胞状晶过渡,400 mm/s扫描速度时,熔覆区的组织呈现胞状树枝晶—胞状晶—平面晶过渡;熔覆层的主要化学成分均为Mo、Cr、Co和Fe;熔覆区的显微硬度明显提高,是45钢基体硬度的9倍以上。     

球铁点阵分布激光表面强化的微硬度分布

采用经过二元光学变换后呈3×3和7×7 二维点阵分布的脉冲激光束对球铁试样作了表面强化处理。针对点阵分布脉冲激光表面强化球铁材料提出了微硬度分布合理表征的统计方法。即在整个月牙形强化区横截面上按30μm×30μm或30μm×50μm划分网格,沿层深方向按列(行)对网格的交叉点进行硬度测试。然后,利用数学方法对硬度分布进行统计处理并绘制等高线轮廓图。应用表明,对于强化区具有多相交错分布特征的球铁材料,与传统方法相比,采用统计方法能够比较准确地评价强化层深度和微硬度分布特征。同时,在一定程度上揭示了激光强化工艺与强化效果之间的关系。     

柱塞Co基粉末激光熔覆工艺研究

为增强1Cr18Ni9Ti不锈钢零件的硬度及耐磨性,采用激光熔覆技术在其表面制备Co基合金熔覆层。利用光学显微镜,分析了熔覆层的微观组织;应用显微硬度计测试了熔覆层的硬度;应用浓度为2%的硝酸溶液做腐蚀剂,测试了熔覆层的耐腐蚀性。并与等离子热喷涂、Ni基合金熔覆等其它表面改性技术进行比较,结果表明:1Cr18Ni9Ti不锈钢柱塞Co基合金激光熔覆层硬度达到HV520,具有较好的耐磨性,其抗酸腐蚀性能也达到检验标准要求。     

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。     

激光扫描速率与熔覆层组织性能的规律研究

为了研究在激光熔覆修复工艺中，激光扫描速率对最终形成的熔覆层性能的影响，采用同步送粉法，利用激光熔覆工艺在QT500球墨铸铁上制备了不同扫描速率下的镍基合金熔覆层样本；利用金相显微镜观察熔覆层的显微金相，并使用显微硬度计对熔覆层显微硬度进行了测定与分析，取得了熔覆层样品的硬度、显微金相组织以及样品稀释率等数据。结果表明，在其它条件不变下，随着激光扫描速率的增加，熔覆层组织更加致密、均匀，熔覆层的平均显微硬度得到了显著提高；以激光功率为1.9kW、扫描速率为5mm/s、光斑直径为4mm等参量得到的熔覆层组织与性能最优。此研究对激光熔覆表面强化工艺中合理选择工艺参量提供了理论依据。