激光熔覆制备Fe基合金涂层的微观结构与力学性能*

采用激光熔覆在25Cr2Ni4MoV钢基材表面制备铁基合金涂层,研究激光熔覆涂层的微观组织、显微硬度、抗剪强度、摩擦磨损性能。结果表明：激光熔覆Fe基合金涂层与25Cr2Ni4MoV钢基材界面形成了良好的冶金结合;激光熔覆层为典型的树枝晶形貌,由浅灰色及深灰色2种不同物相相间组成;激光熔覆区的显微硬度显著高于基体区和熔合区,平均剪切强度达280.83 MPa;激光熔覆Fe基合金涂层的平均干摩擦因数、磨痕轮廓深度及平均磨损体积较25Cr2Ni4MoV钢基材分别下降了约25%、45%及50%;激光熔覆所制备的Fe基合金涂层的耐磨性能远高于25Cr2Ni4MoV钢基体,该型涂层对基体有着良好保护作用。     

钛合金表面激光熔覆TiC复合涂层显微组织的研究

采用HL-5000型横流CO2激光加工机,在TC4钛合金表面制备了表面较平整、较细密、基本消除了裂纹与孔隙并与基体呈冶金结合的TiC复合涂层。通过SEM、EDAX、XRD、HXD分析了熔覆层的显微组织、成分、物相．测试了激光熔覆层的显微硬度。结果表明,激光熔覆制备的TiC复合涂层与基体呈冶金结合,涂层中有大量小块状、针状TiC颗粒和TiC树枝晶。激光熔覆层由TiC、γ—Ni、TiB2、CrB、Ni3B等相组成。熔覆层的显微硬度平均值约为950HV0.1。     

45#钢表面激光熔覆梯度涂层的组织及性能

在45#钢表面激光熔覆梯度涂层,其中底层材料分别为Ni60A和Fe基合金粉末,上层材料自熔性镍基碳化钨粉末,使用洛氏硬度计、蔡司高级金相显微镜和显微硬度计对比分析熔覆层的组织及性能。结果表明:当Ni60A粉末作为底层材料时,熔覆层宏观表面相对平整光滑,平均洛氏硬度是基体(HRC:22)的2.5倍,熔覆层厚度均匀且熔池深度基本保持不变,第一道与最后一道熔覆层的高度差仅为0.10mm,当Fe基合金粉末作为底层材料时,高度差0.28mm;熔覆层及界面处无裂纹、气孔等缺陷,沿熔覆层与基体交界处向外晶粒呈现枝状晶到等轴晶,基体与熔覆层间冶金结合比较牢固;熔覆层上层显微硬度分布均匀,约是基体的3倍。激光熔覆梯度涂层材料且上层材料为自熔性镍基碳化钨粉末时,底层材料选择Ni60A粉末,得到的涂层成形质量更佳。     

超高速激光熔覆工艺参数对熔覆层组织和性能的影响

超高速激光熔覆技术与传统激光熔覆有所不同,可大幅提高熔覆效率,制备无缺陷的均匀薄涂层。为研究超高速激光熔覆主要工艺参数对熔覆层组织与性能的影响,采用超高速激光熔覆技术,分别以不同激光功率、熔覆速度、熔覆道间距在9Cr2Mo钢基体表面制备M2高速钢涂层,对熔覆层微观组织及力学性能进行表征。结果表明:熔覆层以细小等轴晶为主,晶间存在网状碳化物;熔覆层主要由α-Fe、γ-Fe以及少部分的MC和M2C碳化物组成;随着激光功率的增大、熔覆速度的减小、熔覆道间距的减小,激光束对熔覆层输入的能量密度随之增大,熔覆层平均晶粒尺寸呈现增大趋势;改变超高速激光熔覆工艺参数,提高对熔覆层的输入能量密度,熔覆层的显微硬度也更加均匀,平均硬度明显提高。     

矿用滑靴40CrNi2Si2MoVA激光熔覆涂层的性能研究*

为了提升平滑靴的使用寿命,采用长边单向、短边单向、长边双向和短边双向4种扫描方式在平滑靴基体上制备40CrNi2Si2MoVA涂层,研究其宏观形貌、微观组织、硬度、耐磨性,并通过现场上机实验对不同涂层的平滑靴综合使用寿命进行评估。结果表明：4种扫描方法制备的熔覆层与基体均有良好的冶金结合,表面无比较明显的气孔以及裂纹;熔覆层微观组织主要由胞状晶、树枝晶、柱状晶、等轴晶组成;采用长边单向扫描时,熔覆层的晶粒更加致密,质量最好,采用单向扫描时熔覆层的显微硬度高于双向扫描时的显微硬度,采用短边单向扫描时熔覆层耐磨性有着很明显的优势。上机实验表明,40CrNi2Si2MoVA涂层对平滑靴的使用寿命有着很大的提升。     

Q235D多层激光熔覆实验研究

在Q235D钢表面进行多层激光熔覆Fe基合金粉末,实验结果显示基体与熔覆层之间以及熔覆层与熔覆层之间的冶金结合性较好,没有出现裂纹,并且基本无气孔,熔覆层的显微组织、表面硬度和显微硬度均显著优于基体。实验发现,多层熔覆时在不连续加工情况下,随着制备熔覆层数目的增多,在加工新的熔覆层时,之前已经制备完成的各熔覆层的硬度均会有不同程度的降低,并且距离基体越近的熔覆层其硬度降低越多,第一熔覆层显微硬度最低,往上层方向显微硬度逐渐增加,最后一层硬度最高,并且制备的层数越多这种硬度降低程度也会越显著。     

NAK80模具钢表面激光熔覆钴基合金涂层的组织和摩擦磨损性能

采用激光熔覆方法在NAK80模具钢表面制备钴基合金熔覆层,用扫描电镜、X射线衍射仪分析了熔覆层的显微组织,通过干滑动摩擦试验研究了熔覆层的摩擦磨损性能,分析了其磨损机制,并用三维表面形貌仪观察磨损试样的表面形貌。结果表明:熔覆层的主要组成相为Cr23C6、Co3Mo2Si、MoC、FeCr和γ-Co;熔覆层由涂层与基体界面处的平面晶区、涂层中部的胞状树枝晶区和表层的网状等轴晶粒区组成;经激光熔覆处理后的NAK80模具钢表面硬度和耐磨性得到了显著改善,与NAK80模具钢相比,熔覆层表面的平均摩擦因数降低了约34%,比磨损率下降了约91.3%;熔覆层的磨损机制为粘着磨损和轻微的显微切削。     

45钢表面激光熔覆Fe基粉末实验研究

利用Fe基合金粉末在45号钢表面进行激光熔覆实验,通过对不同工艺参数下的熔覆层宏观外貌、表面硬度、金相组织和显微硬度进行对比分析发现,当工艺参数为:激光功率800W、扫描速度2mm/s、送粉电压12V、搭接率28.5%时,得到的熔覆层表面比较均匀平整光滑,熔覆层组织主要为晶粒尺寸细小均匀的等轴晶,其组织性能较好,熔覆层及界面处无裂纹和气孔出现,基体与熔覆层之间出现了较为明显的白亮层说明两者冶金结合比较牢固,熔覆层显微硬度分布比较均匀并且与基体相比提高了一倍,其表面机械性能得到提升,在工业生产中有着较高的研究应用价值和广阔的发展前景。     

基于微束等离子熔覆技术的电动机轴颈修复工艺

用微束等离子弧热源在磨损表面制备了NiCrBSi熔覆层,实现了大磨损量的电动机轴颈的修复。为了表征修复效果,对熔覆层的微观组织、显微硬度和相对耐磨性进行了测试,结果表明,其微观组织多为等轴晶,在结合面位置有少量的枝晶,熔覆层且和基体结合比较紧密,界面分明,形成了较好的冶金结合。熔覆层的显微硬度较高,表明微束等离子熔覆技术可实现大磨损量轴颈的修复,修复表面组织细密、硬度较高,且具有较高的耐磨性。     

不同涂覆工艺对感应熔覆涂层性能的影响

主要研究了使用两种不同工艺制备的Ni45合金涂层的性能。采用热喷涂和冷涂的方式在Q235钢表面制备Ni45合金涂层,并利用真空运动式高频感应加热的方式进行熔覆。利用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度仪和电化学工作站分析了两种不同涂覆工艺制备的涂层的性能。结果表明:两种不同工艺制备的涂层与基体之间都形成了冶金结合,使用感应熔覆方式制备的涂层更致密,没有观察到明显的缺陷。感应重熔层(HFIR)的显微硬度低于感应熔覆层(HFIC),但二者相差很小。在3.5%Na Cl溶液中感应重熔层的耐腐蚀性弱于感应熔覆层,两种涂层的耐腐蚀性均好于Q235钢。     

直接堆粉预置涂层的激光熔覆显微组织研究

在铁基材料表面采用直接堆粉预置涂层方法制备激光熔覆层,得到了消除裂纹和孔洞的熔覆层。其显微组织主要由Fe—Ni合金、WC及Fe23（C,B）6所组成,且碳化物分布较均匀。熔覆层的显微硬度相对基体有显著提高,保留了有利于提高熔覆层性能的纳米颗粒。证明用该方法制备激光熔覆层是可行的。     

激光熔覆FeCoCrNiMox高熵合金涂层的组织和电化学腐蚀行为

采用同步送粉激光熔覆技术在27SiMn钢基体表面制备了FeCoCrNiMo_x高熵合金涂层，研究了Mo元素含量对FeCoCrNiMo涂层组织的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜、扫描电镜(SEM)以及显微硬度计对熔覆层的微观组织结构和显微硬度进行观察和测试，且利用电化学工作站研究了熔覆层电化学腐蚀行为。研究结果表明：高熵合金涂层与基体贴合紧密，形成了良好的冶金结合。FeCoCrNiMo_0.25、FeCoCrNiMo_0.5高熵合金涂层主要由fcc相和σ相组成，涂层微观组织主要为柱状树枝晶，枝晶间富集Cr、Mo元素。FeCoCrNiMo_0.25高熵合金涂层在3.5%NaCl溶液呈现出明显的钝化行为，自腐蚀电流密度为7.84×10^-7A/cm²，显著优于基体材料，涂层表现出优异的耐腐蚀性能。     

激光熔覆对轮轨材料摩擦磨损性能的影响

利用CO 2激光器分别在车轮和钢轨材料表面熔覆一层钴基合金粉,分析熔覆层的微观组织结构和显微硬度,利用MMS 2A摩擦磨损试验机研究轮轨材料激光熔覆钴基合金粉前后的摩擦磨损性能.结果表明:激光熔覆可获得厚度1 mm左右无气孔、裂纹且与基体冶金结合的优质激光熔覆层,熔覆层组织主要由γ Co、Cr 23 C6等相构成,熔覆区主要有平面晶区、胞状晶区、树枝晶区;车轮和钢轨熔覆层的显微硬度分别比基体提高了43%和45%,激光熔覆后的轮轨摩擦磨损性能明显优于轮轨基体,耐磨性能比轮轨基体提高约4倍,激光熔覆后轮轨的磨损机制主要表现为磨粒磨损.     

冷热搭接对激光熔覆涂层组织及性能的影响

通过热搭接和冷搭接两种方法,在45#钢表面激光熔覆自熔性镍基碳化钨粉末,原位自生硬质涂层,探究两种搭接方法对熔覆层组织和性能的影响。实验所采用的激光熔覆工艺参数为离焦量3mm,送粉电压7V,扫描度2mm/s,搭接率25.47%,激光功率1200W,冷搭接中每一道熔覆完成后停留20min再进行下一道加工,热搭接则一次性完成多道激光熔覆,每道间无加工停留时间;使用洛氏硬度机(HR-150DT)测量熔覆层表面硬度,通过金相显微镜对熔覆层金相组织进行观察分析,并利用显微硬度计(HVS-1000)分析熔覆层截面硬度。热搭接熔覆层洛氏硬度沿多道熔覆方向逐渐降低,而冷搭接熔覆层的平均洛氏硬度几乎保持不变,约为基体材料(HRC:22)的2.5倍;热搭接熔覆层与基体交界处存在气孔等缺陷,晶粒尺寸逐渐增大,而冷搭接熔覆层与基体冶金结合比较牢固,沿交界处垂直方向晶粒由枝状晶到等轴晶,组织性能良好;冷搭接熔覆区显微硬度分布较均匀,与基体相比提高约3倍。多道激光熔覆采用冷搭接方法,所得到的熔覆层组织和性能较好。     

激光熔覆Ni/TiC复合涂层组织与性能

采用激光熔覆技术在45钢样品表面制备了Ni/TiC复合涂层,利用光学显微镜、SEM,EDS,XRD、显微镜硬度计及摩擦磨损试验机等检测设备研究了Ni/TiC复合涂层的组织和性能。试验结果表明：Ni/TiC复合涂层没有出现裂纹、孔洞等缺陷,涂层与基体之间具有良好的冶金结合,涂层显微硬度沿层深皆呈明显的阶梯状分布,最外表面的熔覆层硬度最高,约为800 HV;熔覆试样的比磨损率比基体试样的比磨损率下降了86.5％,表明Ni/TiC复合涂层具有较好的耐磨性能。     

纯钛表面FeCoNiCr0.5Al0.8高熵合金脉冲激光熔覆层的显微组织和性能

采用脉冲激光熔覆技术在TA2工业纯钛表面制备了FeCoNiCr_0.5Al_0.8高熵合金熔覆层,研究了熔覆层的显微组织、物相组成、硬度和高温抗氧化性能。结果表明：熔覆层和基体间形成良好的冶金结合,熔覆层中不存在裂纹、气孔等缺陷,熔合界面较平直;熔覆层表面熔池边界线处为细小等轴晶,中部为树枝晶,熔覆层截面组织为层状分布的细晶;熔覆层由简单面心立方结构Ti₂Ni和AlCTi₂组成;熔覆层的平均硬度为761.23 HV,是基体硬度的4倍以上;熔覆层具备良好的高温抗氧化性能,在800℃氧化120 h后的单位面积质量增加量为17 mg·cm^-2,仅约为基体的1/3。     

铝合金表面添加La_2O_3激光熔覆Ni基WC金属陶瓷涂层研究

添加适量La2O3,采用自配的熔覆材料在ZL108表面激光熔覆制备了Ni基WC金属陶瓷复合涂层,对熔覆层进行了显微组织和能谱分析、显微硬度测量以及室温下的干滑动摩擦磨损试验。结果表明,在铝合金表面激光熔覆处理时添加适量La2O3获得的Ni基WC金属陶瓷增强涂层无裂纹,组织细小,致密,WC颗粒增强相与基体之间结合良好。室温下熔覆层的磨损主要为显微切削和粘着磨损,干摩擦磨损性能优良。     

铸铁CrMo表面激光熔覆Ni基高温合金粉末的磨损特性

采用激光熔覆技术在铸铁CrMo表面制备了Ni基高温合金熔覆层,采用SEM和晶相仪分析了激光熔覆层的晶相组织。采用回归正交试验方法,研究了基体和熔覆层在不同载荷和速度下的磨损特性。结果表明,熔覆层与基体形成良好的冶金结合,熔覆层组织致密,主要由树枝晶和共晶构成,熔覆层和基体材料的磨损机制为磨粒磨损;铸铁CrMo表面激光熔覆Ni基高温合金粉末可以提高表面的耐磨性能。     

机械振动辅助激光熔覆Fe-Cr-Si-B-C涂层的显微组织及界面分布形态

采用机械振动辅助激光熔覆复合改性新工艺,在45钢表面制备了单道Fe-Cr-Si-B-C合金涂层。借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能量分散谱(EDS)分析了熔覆层的物相组成、微观结构和元素分布,通过HVS-1000型显微硬度计测试了熔覆层的显微硬度。结果表明,熔覆层主要由α-(Fe,Cr)固溶体、M7C3(M=Fe、Cr)碳化物、Fe2B硼化物和少量Fe0.9Si0.1组成。在机械振动辅助作用下,熔覆层结合界面组织由平面晶向带状和柱状晶转变,振幅为0.13~0.18mm时的晶粒细化效果最为明显;熔覆层中增强相形态随着频率的增加由短杆状向颗粒状、层状、条状转变,分布形态由杂乱分布向弥散分布和网状分布转变。相比未加机械振动的熔覆层,机械振动下的熔覆层中气孔、裂纹减少,显微硬度提高了约13.9%。这些结果显示熔覆层中显微组织形态及其分布主要受振幅和频率协同作用的影响。     

PCA-TOPSIS法在激光熔覆工艺参数优化中的应用

为了改善H13钢抗疲劳磨损性能,利用4kW光纤激光器在H13钢表面激光熔覆Ni60A合金涂层。利用正交试验分析各工艺参数对熔池尺寸的影响。运用光学显微镜和扫描电镜分析涂层的显微组织形貌,通过显微硬度计测试涂层截面的显微硬度分布。依据单道熔覆层的熔池尺寸,采用PCA-TOPSIS法作为评价方法。以熔宽最大、熔深和熔高最小为优化目标,得出最佳工艺参数为激光功率(P)2.2kW,扫描速度(V)20mm/s,送粉率(F)26.42g/min。该工艺参数下的熔覆层与基体呈现良好的冶金结合、无气孔裂纹等缺陷,熔覆层截面显微硬度平均高达800HV,是基体的(3~4)倍。