激光堆焊单道Co基合金与WC混合粉末的性能研究

为了提高低碳钢表面的耐磨性能,采用CO2激光堆焊系统,将Co基合金与WC混合粉末(WC的质量分数为0~0.47)用单道堆焊于低碳钢表面。利用X射线衍射仪、能谱分析仪、扫描电子显微镜、激光显微镜、维氏硬度计和耐磨试验机对单道堆焊层的相结构、显微组织、维氏硬度、耐磨性和裂纹敏感性进行了比较分析。结果表明,这种堆焊方法的堆焊层均为亚共晶组织,且未分解WC弥散分散在Co基合金的基体上;堆焊层的维氏硬度均随WC含量的增加而增加。该方法具有较低的裂纹敏感性。     

激光堆焊接头组织和性能研究

利用激光堆焊方法可以在基体表面获得一层高厚度、高性能的合金堆焊层。通过在45^#钢上进行激光堆焊工艺试验．就激光自动送丝堆焊的基本工艺过程进行研究,比较不同堆焊条件下的组织性能,探索激光堆焊的特性。与氩弧堆焊相比．激光堆焊过渡区狭小,激光堆焊层显微组织随比能量Es增加而逐渐变粗大;堆焊层组织明显细化,硬度提高70％;与高速钢相比．激光堆焊层体现出良好的抗磨性能,比高速钢的耐磨性高42．6％。     

镍基合金光束粉末堆焊质量的研究

研究了堆焊工艺和材料对镍基合金光束粉末堆焊质量的影响规律。为获得优质堆焊层 ,预涂层的宽度必须小于光斑直径 ,较大的预涂厚度会导致堆焊层与基材结合不良 ,厚度较小时 ,因过高的稀释率使堆焊层宏观硬度显著下降。采用多层焊和多道搭接工艺可获得大厚度、大面积堆焊层。堆焊层横向裂纹、焊道边缘气孔及层间未熔合是多层堆焊时易产生的缺陷。大面积堆焊时 ,焊趾位置会因选择性润湿而出现未搭接。合理控制堆焊线能量、对前道焊缝的清理以及堆焊过程中加强对熔池的保护 ,是获得大厚度、大面积堆焊层的关键。在镍基合金中加入与其相互润湿的金属陶瓷相 (镍包WC) ,并控制其加入量可获得无缺陷的、更高硬度的复合堆焊层。     

激光熔覆铁基合金粉末单道形貌及性能研究

为探究在45钢表面熔覆铁基合金粉末过程中,激光功率、扫描速度和送粉速率对熔覆层性能的影响规律,采用正交试验方案进行激光熔覆的单道成形试验。以熔覆层的宽高比、稀释率和硬度作为判断熔覆层性能质量的评价指标,通过极差分析判断各熔覆工艺参数的影响大小,再基于多目标优化算法得出最佳的单道熔覆工艺参数组合。试验结果表明：在一定工艺参数范围内,送粉速率是影响熔覆层硬度的主要因素,激光功率次之;扫描速度是影响熔覆层高度、宽度的主要因素;送粉速率是影响稀释率的主要因素。获得了最佳工艺参数组合,即激光功率2 056 W,扫描速度8.75 mm/s,送粉速率2.198 g/min,为45钢激光熔覆铁基粉末的工艺参数选择提供依据。     

过渡合金层对激光多层送丝堆焊层组织性能的影响

采用灰铁基体材料,住小预热情况下通过增加Ni Re过渡合金熔覆层,再选用专用高硬度的合金焊丝进行激光送丝堆焊试验;分析堆焊过程物相变化,探索过渡合金对高硬度厚层堆焊裂纹倾向的影响规律,寻找高硬度厚层堆焊情况下防止裂纹产生的工艺方法。堆焊采用自制专用自动送丝机构,用Thermoatl-SCINTAGX’TRAX射线衍射仪和Thermo Noran VANTAGE-ESI能谱分析堆焊层物相组成。     

激光熔覆TiB2增强Co基合金涂层的组织与性能

为了研究TiB2陶瓷颗粒对激光熔覆Co基合金层的组织及滑动磨损性能的影响,采用5kW CO2连续式激光器在低碳钢表面激光熔覆Co基合金层和TiB2/Co金属陶瓷复合涂层。结果表明,TiB2/Co金属陶瓷复合涂层主要由γ-Co,Cr23C6,TiB2,TiC,Co3Ti等物相组成;Co基合金涂层的典型显微组织主要由发达的树枝晶+枝晶亚共晶组织组成,TiB2/Co复合涂层的显微组织主要由“梅花状”枝晶+细小共晶组织组成;TiB2/Co金属陶瓷复合涂层的显微硬度及室温滑动磨损性能明显优于Co基合金涂层。这些结果对激光熔覆金属陶瓷复合涂层相关领域的研究是有帮助的。     

激光送丝堆焊工艺参数对堆焊层组织性能的影响

在45#钢基体上,选用不同的激光功率、扫描速度、送丝速度,用专用焊丝进行堆焊试验。结果表明:当速度不变 时,激光功率增加,其热影响区变大,FeNi基体上析出V8C7组织,由细变粗,硬度增加;当其它条件不变时,随着扫描速度的 增加,堆焊层的稀释率下降,硬度增加,随着送丝速度的增加,堆焊层的组织均匀分布,硬度增加。由此达到优化工艺目的。     

H13钢激光堆焊与氩弧焊的组织和性能对比研究

研究了激光堆焊层的组织和性能，通过对激光堆焊、氩弧焊的组织对比分析，表明激光堆焊可以得到晶粒细小、稀释率低、热影响区窄的堆焊层，显微硬度提高1．5倍；但激光堆焊开裂倾向增大。     

激光熔覆WC颗粒增强Ni基合金组织性能的研究

在H13钢表面进行了激光熔覆Ni基合金+WC粉末实验,测试了熔覆层的组织和性能。实验表明激光熔覆可以得到组织致密,晶粒细化,稀释率低,与基体结合牢固的表面强化层。熔覆层的平均硬度为630 HV0.2,耐磨损性能比基体提高145%。H13钢是常用热作模具钢之一,由于工作条件恶劣,经常发生磨损失效,经激光熔覆强化后,其使用寿命将大大提高。     

激光选区熔化WC 12Co复合材料成形工艺与性能研究

硬质复合材料因拥有高硬度、高强度和耐磨性好的特点,常被用做刀具生产的合金材料。使用激光选区熔化技术,通过改变成形工艺参数激光功率和扫描速度,制备WC 12Co硬质合金样件,研究工艺参数对成形试样致密度、截面金相组织和显微硬度的影响。结果表明：当激光扫描速度值不变时,随着激光功率的增大,成形试样的致密度呈现逐渐增大的趋势;当激光功率值不变时,随着激光扫描速度的增大,成形试样致密度先增大后减小,扫描速度对致密度的影响较为明显;线能量密度值过大或者过小都不利于试样致密度的提高;在激光功率290 W、扫描速度为900 mm/s的最佳参数组合下,得到了致密度为91.392%的WC 12Co试样。通过对工艺参数进行合理匹配设计,为SLM成形WC 12Co应用于实际工业生产提供了理论和工艺实践参考。     

激光熔覆NiCoFeCrTi高熵合金涂层及其耐磨性能研究

为了提高45#钢的耐磨性能,采用CO2激光熔覆技术进行了NiCoFeCrTi高熵合金涂层的制备实验。采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪分别分析了高熵合金熔涂层的物相结构、显微组织和化学成分。结果表明,由于高熵效应,NiCoFeCrTi涂层具有简单的面心立方相结构;在NiCoFeCrTi高熵合金涂层的熔覆层和结合区中未发现微裂纹,说明高熵合金与45#钢基底的冶金结合较好;熔覆涂层的表面显微硬度远远高于基底,维氏硬度可以达到940HV,是基底的3倍;表面熔覆了NiCoFeCrTi高熵合金的45#钢样品的磨损体积损失为5.010-10m3/m,低于45#钢的8.110-10m3/m。激光熔覆技术制备的NiCoFeCrTi高熵合金涂层可以显著提高45#钢耐磨损性能,对涂层应用研究具有较大参考意义。     

激光熔覆原位生长VC-WxC颗粒增强镍基涂层研究

为了提高45#钢表面强度和耐磨性,采用激光熔覆技术制备原位生长VC-WxC颗粒增强镍基涂层。使用金相显微镜、扫描电镜、电子能谱和X射线衍射仪对熔覆层显微组织和物相进行了分析,并对熔覆层显微硬度及摩擦性能进行了测试。在适当工艺条件下,熔覆层成形良好,涂层与基体呈现良好的冶金结合;熔覆层底部组织为定向生长的 γ(NiFe)树枝晶,熔覆层中上部组织为VC,W2C,WC和Cr3C2相,均匀分布于γ(NiFe)树枝晶基体中;熔覆层具有极高的硬度(平均HV0.31400),耐磨性是纯Ni60涂层的6倍。结果表明,其硬度和耐磨性的提高归因于涂层中大量的VC,W2C,WC和Cr3C2相的生成,并均匀分布于涂层的基体中。     

多道搭接对激光熔覆层组织及硬度的影响

进行了EDS能谱分析,并测试了熔覆层的硬度.结果表明:由于搭接的过程中激光的二次加热,促进了共晶体中的Ni的硅化物的重溶,相邻两道的搭接区的组织与其他区域的树枝状枝晶组织明显不同,为微小的颗状晶粒均匀地分布在奥氏体基体上.搭接区的硬度与未受搭接影响的区域基本一致,只是在熔覆层的接近表面部位硬度分布更加均匀.     

激光熔覆Zr/FeCSiB涂层的组织和性能

采用激光预置熔覆法,通过在FeCSiB合金粉末中添加一定比率的强碳化物形成元素Zr,在中碳钢基体上制备原位析出的颗粒增强铁基复合材料表层。利用光学显微镜、场发射电子扫描显微镜(能谱仪)和金相组织分析系统,对熔覆层显微组织、硬质颗粒的成分及其分布规律进行了观察与分析。其显微组织特征是树枝状的先共晶奥氏体分布在共晶基体上的亚共晶介稳组织;奥氏体在随后的冷却过程中转变为马氏体;熔覆层与基体成良好的冶金结合。熔覆层内析出的硬质颗粒是以ZrC为主的复合碳化物,主要分布在枝晶内与枝晶间;单道搭接熔覆层颗粒的体积分数分别为1.96%、2.2%～3.84%;显微硬度值在800HV0.2～1100HV0.2之间。     

激光熔覆层热膨胀系数对其开裂敏感性的影响

通过适当调整Fe-Cr-Ni合金的成分,改变其热膨胀系数,用以进行激光熔覆,并研究熔覆层的开裂敏感性,结果表明降低熔覆层热膨胀系数有利于明显减小激光熔覆层的开裂敏感性.对此进行了较详细的分析,并为解决熔覆层开裂,提出了熔覆合金与基材间热膨胀系数差值要有合理范围的观点.     

激光熔覆专用铁基合金粉末的研究进展

指出了目前防止熔覆层开裂所采取的主要措施中存在的问题,阐述了激光熔覆和热喷涂对于所用合金粉末性能要求之异同,评述了激光熔覆专用铁基合金粉末的研制现状,提出了成分与组织设计的新思想。     

圆柱体腔振动稳定性研究

为了降低环境振动对光学谐振腔稳定性的影响,设计了对振动不敏感的超稳腔,采用有限元数值模拟的方法,通过改变相关参量,对两U型片支撑和双横梁支撑两种圆柱体腔的支撑方式进行了数值模拟,得到了腔体的形变图。结果表明,通过改进腔的支撑方式和调整支撑位置,可以降低腔长对振动的敏感度,找到腔长变化最小且两腔镜平行的关键支撑位置。该结果可用于激光稳频和高精密激光光谱实验中。     

激光原位碳化铬-镍基复合涂层的组织特征

为了制备陶瓷增强镍基复合涂层,采用激光熔覆技术在45#钢表面原位合成了碳化铬-镍基复合涂层,研究了涂层的显微组织、相结构特征及显微硬度。碳化铬陶瓷的形状主要有四边形（菱形）、六边形和不规则块状;四边形碳化铬为Cr3C2,六边形碳化铬为Cr7C3,不规则块状碳化铬成分不确定,可能为Cr3C2或Cr7C3;涂层的平均显微硬度达到基体的3.5倍;涂层具有较高的硬度和致密的组织。结果表明,涂层主要由Cr-Ni-Fe-C,C,Cr7C3和Cr3C2四相组成,显微组织均匀致密,与基体呈良好的冶金结合。该研究对激光原位碳化铬-镍基复合涂层的理论研究和实际应用是有一定帮助的。     

V2O5和工艺参数对镍基合金激光熔覆层裂纹敏感性的影响

在激光熔覆NiCrBSiC自熔合金粉末中添加不同含量的V2O5,通过改变激光功率、扫描速度、预涂厚度,进行了不同工艺条件下的单道及多道搭接试验.实验表明,V2O5的含量、激光熔覆的工艺均对熔覆层的形貌、组织、性能以及降低裂纹的敏感性有明显的影响.通过各个试验样品的对比分析,探讨了工艺和粉末成分对熔覆层性能及裂纹敏感性的影响,分析了多道搭接裂纹的分布规律及影响因素.     

关于激光熔覆裂纹问题的研究

由于激光熔覆技术自身的特点,激光熔覆处理后材料表面极易形成裂纹,已成为阻碍激光熔覆技术工业化应用的主要障碍之一。为解决此问题,加快推动激光熔覆技术的工业化应用,本文综述了国内外激光熔覆裂纹研究现状,着重分析了激光熔覆层裂纹的产生原因,归纳了熔覆层裂纹的表现形式,总结了目前抑制裂纹产生的防止措施,为防止裂纹的产生提供了理论和实践依据。