扫描速度对钛合金NiCoCrAlY熔覆涂层显微组织及硬度的影响

利用激光熔覆技术在Ti6A14V钛合金基体上制备NiCoCrAlY高温防护涂层,提高钛合金基体的高温性能。采用激光功率1.2 kW,光斑直径1 mm,研究激光扫描速度对Ti6A14V钛合金熔覆涂层宏观形貌、稀释率、截面组织以及硬度的影响。研究表明,在相同激光功率和激光光斑直径的条件下,熔覆层的宏观形貌在400 mm·min-1时质量最优,熔覆层表面连续且平整,波浪起伏较小;随着扫描速度增加,激光能量减小,熔覆层的几何尺寸以及稀释率均逐渐减小,当扫描速度为500mm·min-1时,熔化的液体中杂质仍未完全逸出就冷却凝固,涂层与基体之间出现微裂纹、气孔等缺陷;随着扫描速度的增加,温度梯度不断减小,冷却速度不断增大,初生的枝状晶不断被打破,熔覆层组织致密均匀,晶粒细小,同时熔覆层的硬度逐渐增大。     

铝合金表面激光熔覆钛基粉末涂层的性能与组织

采用激光熔覆技术,在铝合金表面制备钛基涂层,对激光熔覆层微观组织、摩擦磨损性能及显微硬度进行测试。结果表明:激光熔覆区主要为树枝晶,过渡区主要为胞状晶,热影响区以等轴晶为主。熔覆层样品表面平均硬度较铝合金基体(120HV)提高了2倍,硬度值为326.3HV。熔覆层的耐磨性能提高显著,表面主要为微小犁沟,磨损损失质量约为铝合金基体的53%。     

激光功率对激光熔覆FeCrBSi合金组织和性能的影响

采用激光熔覆技术在 45 钢表面制备了 FeCrBSi 熔覆层, 研究了激光功率对熔覆层组织和硬度的影响规律。 试验结果表明, 激光熔覆 FeCrBSi 熔覆层上部、 中部和下部的组织分别为等轴晶、 胞状晶和胞状树枝晶、 平面晶。 在扫描速率 8 mm/s, 送粉率 33 g/min, 光斑直径 3.19 mm, 激光功率 1800~3400 W 的条件下, 随着激光功率的增 加, 熔覆层不同位置的显微组织变粗; 熔覆层硬度先升高再降低; 熔覆层磨损体积先减少后增加; 熔覆层的自腐 蚀电位先升高后降低; 自腐蚀电流密度先降低后升高。 当激光功率为 2600 W 时, 熔覆层具有最高显微硬度 669 HV0.2, 熔覆层耐磨性最好, 磨损体积为基体 59.8 %, 同时熔覆层的耐蚀性最优, 自腐蚀电位为 -426.41 mV, 自 腐蚀电流密度为 0.45 μA/cm2。     

TA2钛合金表面激光熔覆金属钽探索实验研究

在保证钛合金穿地阀门硬密封面耐腐蚀性前提下,为了提高其硬度、耐磨性及抗压疲劳性能,以TA2钛合金板材作为基体,利用YAG激光器进行表面激光熔覆纯钽(Ta)的探索实验研究。分别采用OM、SEM、EDS及显微硬度计,研究了激光熔覆的Ta涂层的冶金结合情况、组织结构、成分分布及硬度分布。结果表明:在TA2钛合金表面直接激光熔覆纯Ta粉是可行的,且制备的Ti-Ta合金涂层与基体形成良好的冶金结合;激光熔覆层内Ti元素稀释度较大,随着与结合面距离的增加,稀释度逐渐减小;激光熔覆层与基体结合区主要由枝晶组成,熔覆层中部由枝晶及部分块状组织组成;熔覆层显微硬度HV_(0.2)为190~200,相对Ti基体硬度提高了40以上,而结合区显微硬度HV_(0.2)为200~220,硬度梯度变化较为明显。     

45钢激光熔覆镍基合金组织及性能研究

采用横流CO,激光器在45钢表面激光熔覆了一层镍基合金涂层,研究了激光加工工艺对熔覆层组织、性能的影响。结果表明：熔覆层宏观质量良好;熔覆层与基体形成了良好的冶金结合;熔覆层组织均匀致密并呈现出垂直于界面的定向凝固特征,从结合区到表面依次为平面晶、胞状晶、粗大枝晶、细小枝晶等;熔覆层显微硬度与绝对比能量有关,其值为12时有最大硬度,可达610．6HV,为基体硬度的4倍。综合考虑各影响因素并进行正交分析得出结论：送粉率7．1g／min、扫描速度2．5mm／s、激光功率3000W时为最佳工艺参数。     

物流机器人铝合金机械臂的表面强化与力学性能研究

为提高物流机器人机械臂用铝合金的硬度和拉伸性能,单道熔覆WC-Ni涂层对比分析熔覆层的形貌和硬度,并在拉伸棒表面进行多道熔覆制备拉伸试样。结果显示,随着激光功率的增大,单道熔覆层高度先增大后减小,熔池深度增大,熔覆层宽度增大,稀释率先减小后增大,当激光功率为1.0 kW时单道熔覆层稀释率达到最小,与基体结合强度达到最大,冶金结合效果较优。熔覆层有新相W₂C、NiAl、Ni₃Al、M₇C₃、M₂₃C₆生成,熔覆层顶部由胞状晶组成,中部存在大量WC颗粒和M₇C₃、M₂₃C₆析出相,结合区主要由具有方向性的树枝晶组成。单道熔覆层HV硬度先增大后减小,最大值为960.6,多道抗拉强度为313 MPa,延伸率为1.3%,相比于基体分别提高了21.8%和降低了27.8%,多道熔覆层与基体之间的拉伸断口较平坦。     

高功率半导体激光宽带熔覆WC-NiSiB耐磨涂层的组织结构与性能

采用3kW高功率半导体激光器,在45钢基体上制备不同WC含量(质量分数20%~80%)的WC-NiSiB复合涂层,用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射(XRD)对熔覆层的微观组织、成分分布及物相进行表征,并测试涂层试样的硬度与耐磨性能。结果表明,激光熔覆WC-NiSiB复合涂层组织主要由γ-Ni、WC、W2C、WB、W2B、Ni4B3及Ni4W等物相组成,熔覆层与基体形成冶金结合。涂层与基体的结合区,从熔合线开始逐渐向上的组织依次为垂直于界面的胞状晶、柱状晶和枝状晶,熔覆层中部为沿一定方向生长的树枝晶,表层为异向生长的细小树枝晶。随WC颗粒含量增加,涂层中WC颗粒分布更加密集。WC含量为60%时,WC颗粒分布均匀致密,熔覆层无裂纹,熔覆层的硬度最高达到1291HV,为NiSiB合金层硬度的2.7倍,耐磨性是NiSiB合金层的6.8倍。     

半导体激光熔覆Ni包B_4C涂层的组织与性能

在304不锈钢表面采用半导体激光熔覆制备Ni包B_4C涂层,研究激光加工参数对涂层的组织形貌、物相组成、硬度和耐磨性能的影响。结果表明,当激光功率为3 k W和扫描速度为6 mm/s时,熔覆层无气孔、无裂纹,与基体呈冶金结合;熔覆层的显微组织为枝晶共熔体和再生的二次枝晶,熔覆层的主要物相由γ-Ni,Ni_4B_3,Fe_3C,B_4C,B_(13)C_2,Cr_3Ni_2,(Fe,Ni)23C6和Fe_(23)(C,B)_6等组成;熔覆层具有较高的硬度(平均值为900 HV_(0.2)),耐磨性是基体的7.6倍,硬度和耐磨性的提高归因于熔覆层中未完全熔解的B_4C颗粒以及新形成的强化相和硬质相。     

10V高速钢激光熔覆层的组织与性能

针对冶金辊材的表面强化和再制造需求,采用激光熔覆技术在辊芯常用材料球墨铸铁表面制备了10V高速钢熔覆层,研究了半导体直接输出激光器的工艺对熔覆过程、熔覆层组织结构与性能等的影响.结果表明:半导体激光器能够显著提高熔覆效率,避免了脉冲激光熔覆时的开裂现象;获得的熔覆层连续平整、无裂纹气孔等宏观缺陷,与球墨铸铁基体呈冶金结合状态.熔覆层显微组织特征为片层状、块状、球形颗粒状等多种形貌的快速凝固组织,由α-Fe,VC,γ-Fe,Cr23C6和Fe V等组成.熔覆层内合金元素的成分宏观均匀分布,微区有V等偏析.熔覆层显微硬度达700 HV0. 1,是基体硬度320HV0. 1的2. 18倍.在优化的工艺条件下,熔覆层磨损量是磨损30 min时基体磨损量的43%,其磨损机制为磨粒磨损及摩擦磨损,750℃热震实验结果表明,熔覆层具有良好的耐磨抗力和热冲击抗力.     

激光功率对碟阀表面熔覆Ni 基合金涂层性能的影响

采用半导体激光器在2205双相不锈钢表面激光熔覆Ni基合金涂层.借助扫描电镜、电化学综合测试仪和硬度测试仪等,探讨了激光功率对涂层稀释率、微观组织、耐腐蚀性能及硬度的影响.结果表明:激光功率越大,涂层稀释率越大,熔覆层与基体元素发生更多的对流扩散;熔覆层的耐腐蚀性能随激光功率的增加而降低,当激光功率为2.7 kW时,熔覆层的自腐蚀电位最低,为-0.46 mV,腐蚀电流最小,为3.47×10-5 A/cm2. 硬度测试实验表明,激光熔覆Ni基合金涂层硬度最高达680 HV,约为基体硬度的2.5倍.      

激光功率对激光熔覆镍基合金涂层组织与性能的影响

针对水导润滑轴承在高硼水溶液的工作介质中发生的汽蚀现象,拟采用激光熔覆的方法提高其表面性能。通过激光熔覆技术在304奥氏体不锈钢表面熔覆了Ni40合金粉末,研究了激光功率对熔覆层组织与性能的影响。用半导体激光器对304奥氏体不锈钢进行激光熔覆,形成厚约为0.8 mm的熔覆层。试样分别用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)进行显微组织分析,用维氏硬度计测量熔覆层剖面硬度梯度,用磨损试验机测试熔覆层的耐磨性能,并在硼酸溶液中进行耐蚀性能检测试验。实验结果表明:Ni40熔覆层主要由γ-Ni及铬的化合物组成,功率影响熔覆层组织大小及元素分布,但并未引起物相的变化;相比基体,熔覆层硬度明显提高,且随功率增加而下降,熔覆层厚度随功率增加而加厚;熔覆层在摩擦磨损过程中产生的质量损失约为1.5×10~(-2)g左右,且随功率的增加而减少;熔覆层在硼酸溶液中的耐蚀性随激光功率的增加有所提高。     

T10钢表面FeMoCoNiCrTix高熵合金熔覆层组织及性能

采用激光熔覆技术在T10A钢表面制备了FeMoCoNiCrTi_x（x分别为0.25,0.50,0.75,1.00）高熵合金熔覆层,分析了试样熔覆层及基体界面处的相结构及组织,并利用显微硬度计测试了试样处理前后的截面硬度变化。研究表明,经过激光熔覆在T10A钢表面得到的高熵合金层主要由NiCrFe、NiCrCoMo 2种固溶体为主,其结构分别为BCC结构和FCC结构,熔覆层的组织以柱状枝晶为主,界面处出现等轴晶;随着Ti含量增多,熔覆层由固溶强化变为固溶体与硬质相混合强化,熔覆层的HV硬度达到了792,热影响区的HV硬度达到了620,均高于基体硬度。同时耐磨损性能有了明显提高,磨损方式由粘着磨损逐渐变为磨粒磨损。      

不锈钢表面激光熔覆镍基合金层研究

采用多层多道搭接的激光熔覆方法在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面上分别熔覆两种镍基合金涂层.1#合金涂层的硬度在HRC34左右,无开裂;2#合金涂层的硬度在HRC47左右,易开裂.采用硬度较低的1#合金涂层作为过渡层成功解决了2#合金涂层的开裂问题,成功制备出大面积较厚涂层.经光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及能谱(EDS)分析可知,大面积熔覆层的表层主要由γ-Ni枝晶、块状γ-Ni和M12C型碳化物增强相组成.显微硬度测试表明,表层平均硬度达HV0.2583,自熔覆层表层至基体,显微硬度逐渐降低.     

大面积激光熔覆NiCrBSi合金组织结构

采用CO2激光器及六轴六联动三维激光加工机床对40Cr钢进行大面积激光熔覆处理,利用扫描电镜、金相显微镜、X射线衍射仪等仪器对熔覆层组织进行了研究。结果表明:激光熔覆涂层由熔覆区、结合区和热影响区三部分组成,涂层与基体呈冶金结合;涂层主要含γ-(Ni,Fe)、Ni3(Fe,Si,B)、Cr23C6相;多道搭接试样受"二次加热"效应的影响,搭接结合区的组织粗大,形态多样复杂且易产生裂纹;多层叠加熔覆层中心区域枝晶分解得较完全,第一和第二层熔覆层交界处不足以完全形成平面晶,仍以柱状晶外延方式生长。     

激光熔覆铁基涂层工艺参数的研究

以激光熔覆铁基涂层为研究对象,在MM-P2屏显式摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损对比实验,分析了不同工艺参数下熔覆层形貌及熔覆涂层后磨损量的变化关系.结果表明:熔覆涂层后的表面硬度均在62HRC以上,远高于基体的硬度;熔覆层的形貌和质量主要影响因素是扫描速度,激光功率次之,并在此基础上采用能量密度进行表征,能量密度为60 J/mm2左右时的耐磨性最好,其最佳组合工艺参数为激光功率3.2 kW左右、扫描速度300 mm/min左右.激光功率过高,扫描速度过快都会导致熔覆层耐磨性能下降.      

钛合金表面激光熔覆Ti-Mo-Si涂层组织研究

为了改善钛合金的硬度和耐磨性能,利用5 k W YLS-5000光纤激光器,在TC4合金表面分别激光熔覆纯Ti粉、Ti-15%(Mo+Si)和Ti-30%(Mo+Si)混合粉末(质量分数,Mo与Si原子比为1∶2),通过正交实验选择合适的功率和扫描速度等工艺参数,得到3种不同的涂层,利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)对熔覆层的微观组织进行观察和研究、X射线衍射仪(XRD)研究熔覆层相组成,用显微硬度仪测得3种熔覆层的硬度。结果发现,功率为3 k W扫描速度10 mm·s-1得到熔合较好,缺陷较少的熔覆层。熔覆纯钛粉涂层组织为细小针状马氏体α'相,熔覆Ti-15%(Mo+Si)涂层在界面处共析出白色条状Ti Si2,熔覆Ti-30%(Mo+Si)涂层上部出现了镶嵌在涂层中的分块状Mo5Si3,MoSi2硬质相,而且白色晶间析出物增多,XRD结果显示β相增多。3种涂层熔覆区硬度有很大的区别,熔覆纯钛粉涂层平均硬度为HV0.2500左右,熔覆Ti-30%(Mo+Si)涂层最高硬度达到了HV0.21120,是基体的3.4倍左右。分析比较了3种涂层组织差异的原因,Mo,Si元素添加对钛合金组织的影响,结合热力学分析,探讨混合粉末形成Mo Si2的反应机制。     

基于双椭圆平面热源模型的FeCrNiMo 激光熔覆热力耦合数值分析

针对煤矿液压支架和海洋平台立柱的表面防护与修复的工程需求, 采用 FeCrNiMo 马氏体不锈钢粉末在 27SiMn 结构钢基体表面进行激光熔覆, 以改善基体表面的耐磨、 耐蚀综合性能。 本文旨在研究激光能量密度对 FeCrNiMo 熔覆层的截面特征及其开裂倾向的影响, 采用热力耦合有限元模拟方法, 基于双椭圆平面热源模型, 计算分析了 FeCrNiMo 不锈钢粉在 27SiMn 钢基板表面的激光熔覆过程中, 在不同的激光输入能量密度条件下, 熔覆层的温度场和应力场的演变过程。 并采用相同工艺参数进行激光熔覆实验, 通过稀释率（熔覆层横截面中, 母材熔化的面积与整个熔覆层横截面积的百分比） 和熔宽情况的对比, 以验证模拟结果的可靠性。 进而研究激光 能量密度对熔覆层稀释率、 熔宽及其开裂倾向的影响规律。 熔覆层的稀释率、 熔宽均随输入能量密度的增加而增 大, 当输入功率达到 3000W, 熔覆速度 6mm/s 时可获得较理想的稀释率和熔宽。 而熔覆层边缘的应力随输入能 量密度的增加而增大, 其开裂倾向增大; 而熔覆层中心线附近的应力随功率增大而有所降低。 在激光熔覆过程中 提高输入能量虽有利于增大熔宽, 提高熔覆效率, 但是同时增加了熔覆层的稀释率及其边缘开裂倾向。     

45 钢表面激光熔覆铁基合金粉末研究

针对 45 钢基材设计了 Fe55 激光熔覆合金粉末, 并进行了工艺验证, 获得了高硬度、 表面无裂纹的激光熔 覆层。 利用金相显微镜、 显微硬度计、 摩擦磨损试验、 中性盐雾试验研究了熔覆层的组织、 结构、 磨损和耐腐蚀 性能。 结果表明： 熔覆层硬度可达 HV1640, 与基体的结合为冶金结合, 显微组织为树枝状等轴晶, 耐磨性和耐 腐蚀性能优异。     

铝合金表面激光熔覆稀土CeO_2+Ni60组织及摩擦磨损性能

为了提高铝合金材料的表面性能,使其具有较高的硬度和耐磨性,利用激光熔覆技术在6063铝合金表面制备了添加稀土氧化物CeO2的Ni60合金熔覆层。分析了激光熔覆CeO2+Ni60熔覆层的宏观形貌、显微组织及硬度,研究了其摩擦磨损性能,并与未添加稀土的Ni60合金熔覆层和铝合金基体进行了对比研究。结果表明,加入2%CeO2可降低Ni60熔覆层表面起伏,获得较好的熔覆层宏观形貌,同时有效地减少Ni60熔覆层中的裂纹、孔洞和夹杂物,促进晶粒细化,提高熔覆层的组织均匀性;添加2%CeO2的Ni60熔覆层比未加稀土的Ni60熔覆层组织更加均匀,晶粒较细小,气孔等组织缺陷更少,熔覆质量较好;在相同深度位置的显微硬度,2%CeO2+Ni60熔覆层明显高于Ni60熔覆层,2%CeO2+Ni60熔覆层最高硬度可达HV0.051180,是6063铝合金基体平均硬度的8.4倍;在相同磨粒磨损条件下,2%CeO2+Ni60熔覆层试样的耐磨性是铝合金基体的7.1倍,是Ni60熔覆层试样的1.6倍;激光熔覆Ni60可以显著降低铝合金表面摩擦系数,而添加稀土元素Ce能提高Ni60熔覆层的摩擦系数稳定性,从而改善耐磨性能。     

紫铜上激光熔覆镍基自熔合金组织和性能研究

采用万瓦横流CO2激光器在紫铜表面熔覆镍基自熔合金熔敷层,并采用SEM、XRD、OM和显微维氏硬度计进行组织结构和硬度分析。结果表明:在紫铜表面完全可采用激光熔覆的方法制备镍基自熔合金的熔覆层,熔覆层与铜基体形成冶金结合,组织致密、晶粒细小、无裂纹、孔隙夹杂等缺陷,熔敷层内具有等轴晶、树枝晶及胞状晶等不同结构,并有WC、W2C、Ni3B等强化相颗粒。同时,与采用超音速火焰喷涂(HVAF)涂层进行对比,结果表明激光熔覆层硬度虽然低于喷涂涂层,但磨擦系数小,耐磨损性能有明显的提高。