激光熔覆原位制备ZrC增强涂层的颗粒行为特征

通过添加氧化锆和石墨的混合粉末到镍基合金粉末中,利用激光熔覆技术在中碳钢表面上制备了原位析出ZrC颗粒增强金属Ni基复合涂层。利用扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS)和X射线衍射设备(XRD)对涂层的组织、物相和成分进行了观察、分析和探讨。对涂层内部的ZrC颗粒形貌、生成以及生长机理、分布特点进行了分析,探讨了颗粒分布对涂层硬度性能的影响。结果表明,ZrC颗粒在中上部分布较为均匀,主要以三角形和四边类似菱形和长轴形为主,颗粒在对流和界面斥力共同作用下发生的碰撞、烧结以及枝晶间的阻力是成形主因。由于ZrC颗粒以及内部碳化物如M₂₃C₆的生成分布,复合涂层的硬度得到了明显的提升,最终其硬度可达HV_0.2 720。     

碳含量对激光熔覆CoCrFeMnNiCx高熵合金涂层摩擦磨损和耐蚀性能的影响

采用激光熔覆技术在 45 钢基体上制备了不同碳含量(等摩尔比)的 CoCrFeMnNiC_x( x = 0,0. 03,0. 06,0. 09, 0. 12,0. 15)高熵合金涂层。 通过 X 射线衍射(XRD)、扫描电镜( SEM)、HVS-1000A 型显微硬度计、RST5000 型电化学工作站、UMT-2 型摩擦磨损试验机等表征和测试手段研究了不同碳含量对激光熔覆 CoCrFeMnNiC_x 高熵合金涂层物相结构、显微硬度、摩擦磨损及耐腐蚀性能的影响。 结果表明,当碳含量 x 由 0 逐渐增加至 0. 09 时,高熵合金相结构由 FCC 固溶体转变为 FCC 固溶体和 M23C6 相共存,合金微观组织变得细小;熔覆层硬度由 183. 20 HV_{0. 2} 增加至 223. 48 HV_{0. 2} ; 涂层的摩擦因数降低,耐磨性能变强;腐蚀电位由-469 mV 增大至-348 mV,腐蚀电流密度由 14. 95 μA·cm^-2 减小为 2. 29 μA·cm^-2 ,耐腐蚀性增强。 当碳含量 x 由 0. 09 逐渐增加至 0. 15 时,合金相结构再次转变为 FCC 固溶体,且合金微观组织恢复粗大状态;熔覆层硬度与耐腐蚀性降低,但耐磨性能却先减弱后增强。 合金在碳含量为 0. 09 时,硬度最高且耐腐蚀性能最强;在碳含量为 0. 15 时,耐磨性最强。     

激光熔覆CoCrNiMnTix高熵合金涂层组织及耐磨性能研究

目的 针对高铁制动盘等高速强力磨损的关键件,设计激光熔覆CoCrNiMnTix高熵合金涂层,提高表面的硬度和耐磨性。方法 采用激光熔覆技术在Q235钢表面制备CoCrNiMnTix高熵合金涂层,利用XRD和SEM对涂层微观组织进行表征,通过显微硬度计和纳米压痕仪测试涂层硬度,运用摩擦磨损试验机和三维形貌仪研究涂层的摩擦磨损性能。结果 在激光熔覆CoCrNiMnTix涂层中,随着Ti含量的增加,涂层物相由单一的FCC相转变为FCC+Laves相。由于固溶强化以及Laves相含量增多,涂层的显微硬度不断提高,CoCrMnNiTi硬度达到523HV0.1,最高纳米硬度达到6.91 GPa。CoCrNiMnTix系涂层的弹性模量大小相近。随着Ti含量的增加,涂层的耐磨性呈现升高趋势,当Ti的摩尔分数增加至0.75时,涂层具有最好的耐磨性,但进一步增加Ti含量时,由于脆硬性的Laves相逐渐增多,磨损形式由低Ti含量时的粘着磨损逐渐转变为高Ti含量时的磨粒磨损,使涂层耐磨性能下降。结论 激光熔覆CoCrMnNiTix涂层可以显著提高基体的耐磨性,Ti的摩尔分数为0.75时,在FCC基体中形成了少量Laves相,既提高硬度,又实现强韧配合,涂层表现出最佳的耐磨损性能。     

退火对激光熔覆AlCoCrFeNiTi0.5高熵合金涂层组织和耐磨性的影响

对激光熔覆AlCoCrFeNiTi_0.5高熵合金涂层进行900℃退火,保温5h处理。主要对退火前后样品的微观结构和耐磨性进行研究。XRD结果表明,退火后的AlCoCrFeNiTi_0.5高熵合金涂层,其相组成有Co₃Ti和BCC结构的AlFe固溶相,出现典型的成分均匀的网状调幅分解组织;退火后的平均显微硬度达到989HV_0.5,比退火前提高了73.5%;耐磨性测试结果显示,退火后磨损量比退火前降低了92.5%,磨损宽度是退火前的50%。     

等离子熔覆镍基复合涂层的组织及性能

采用等离子熔覆工艺在不锈钢基材上熔覆镍基合金,获得了一定厚度的复合熔覆层.分析了熔覆层的显微组织、硬度和耐磨性及物相形貌和相结构等.结果表明涂层中镶嵌着大量与基体合金结合良好的WC颗粒;熔覆过程中WC颗粒发生部分溶解;涂层与基板为冶金结合;所得涂层具有较高硬度,涂层基体硬度6000 MPa,WC颗粒硬度达18 780 MPa;熔覆层的主要强化机制是WC颗粒的弥散强化和C,Cr及B等合金元素溶入γNi(Me)中产生的固溶强化.     

等离子熔覆镍基复合涂层的组织及性能

采用等离子熔覆工艺在不锈钢基材上熔覆镍基合金,获得了一定厚度的复合熔覆层.分析了熔覆层的显微组织、硬度和耐磨性及物相形貌和相结构等.结果表明:涂层中镶嵌着大量与基体合金结合良好的WC颗粒;熔覆过程中WC颗粒发生部分溶解;涂层与基板为冶金结合;所得涂层具有较高硬度,涂层基体硬度6000 MPa,WC颗粒硬度达18 780 MPa;熔覆层的主要强化机制是WC颗粒的弥散强化和C,Cr及B等合金元素溶入γNi(Me)中产生的固溶强化.     

激光熔覆FeCrNiCoMoCuBSi高熵合金涂层的腐蚀磨损性能

利用激光熔覆技术在316L不锈钢表面制备了FeCrNiCoMoCuBSi高熵合金涂层,分析了其组织结构、硬度、摩擦磨损、电化学腐蚀和腐蚀磨损性能。结果表明,熔覆层成型良好,表面无裂纹、气孔等缺陷。熔覆层主要由FCC固溶体相组成,微观组织以“柳条状”树枝晶为主,结合区为平面晶,与基体呈良好的冶金结合。熔覆层的平均硬度为700 HV_0.2,约为基材的3.5倍。熔覆层在不同载荷下的摩擦系数均低于基材,磨损量小于基材,表现出明显优于基材的耐磨性。在3.5wt% NaCl溶液中,熔覆层自腐蚀电流密度为4.74×10^_-8A.cm^_-2,低于基材两个数量级,耐蚀性优异。在摩擦载荷与腐蚀耦合作用下,熔覆层开路电位发生负偏移,腐蚀倾向增大。随摩擦载荷增大,自腐蚀电位负移,自腐蚀电流密度增大,摩擦促进腐蚀作用增大。     

冷喷涂辅助原位合成FeCoxCrAlCu高熵合金涂层组织性能研究

利用冷喷涂辅助原位合成高熵合金涂层的方法,在45_^#钢基体表面成功制备出不同Co含量的FeCo_xCrAlCu(x=0,0.5,1,1.5,2)高熵合金涂层。通过XRD、SEM、EDS、TEM、显微硬度计、磨料磨损试验机、电化学工作站等设备,检测分析了Co含量的变化对合金涂层相结构、显微组织,硬度、耐磨性及耐腐蚀性的影响。结果表明：合金涂层是由简单的FCC+BCC双相混合结构组成,Co含量的改变对涂层相组织的数量影响不大;随着Co含量的增加,合金涂层中显微组织的枝晶数目增加,并且得到明显粗化,通过面扫得显微组织中枝晶内富集Fe,Cr,Co元素,枝晶间富集Cu元素,Al均匀的分布在整个涂层中;随着Co含量的增加,硬度先增加后减小,在Co=1时合金涂层硬度达到最大为555.6HV;合金涂层中最小的摩擦系数为0.361;在3.5wt.%NaCl腐蚀介质中,合金涂层相比与45_^#钢基体具有较正的自腐蚀电位(E_corr=-0.325V),说明涂层耐腐蚀性比基体好。     

激光熔覆Ni60A涂层对20CrNiMo合金高温干滑动摩擦磨损性能的影响

为改善制动盘材料的耐磨性能,选用Ni60A粉末,利用光纤激光器对20CrNiMo铸钢进行激光熔覆处理,研究了涂层的微观组织、成分均匀性、硬度、干滑动磨损性能及其损伤机制。结果表明：涂层主要由γ-Ni、M₂₃C₆、Ni-Cr-Fe、Ni₃B、[Fe, Ni]、FeNi₃、NiC、FeNi等相构成,涂层平均显微硬度HV_0.3为4600 MPa,较基体提高2.63倍。与基体相比,涂层在高载、高温工况下具有更小的平均摩擦系数,耐磨性得到显著提升。当载荷为150 N时,在室温和400 ℃时,耐磨性分别提高15.3和22.0倍。随温度和载荷的增加,涂层的损伤机制由磨粒和粘着磨损向氧化和磨粒磨损转变。     

原位生成WC/TaC复合激光熔覆层组织研究

利用激光熔覆技术,将氧化钽和石墨的混合粉末添加到Ni60包WC的镍基合金粉末中,成功制备了TaC/WC复合涂层。使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等仪器分析了镍基合金复合涂层横断面的显微组织,并对其硬度进行研究分析。结果显示在基体与涂层之间形成了良好的冶金结合,复合涂层不仅含有γ-Ni树枝晶、W₂C、M₇C₃、以及大量的弥散分布的TaC颗粒。复合涂层的硬度可达HV965,是Ni60涂层的1.3倍,主要是因为TaC颗粒的分布促使其内部组织结构改变以及相变引起的硬度上升。     

海水环境中钛元素改性铜基激光熔覆层的摩擦行为研究

目的通过激光熔覆作用,使钛元素与铜基合金生成耐磨的第二相组织,提升铜基合金表面在海水环境中的耐磨性能。方法采用激光熔覆技术在ZQAl9442镍铝青铜合金表面制备均匀的钛元素改性铜基涂层。采用SEM、EDS、XRD、摩擦磨损试验机等检测仪器,对该改性涂层的显微组织、元素分布、硬度以及在大气与海水环境中的摩擦性能进行分析。结果改性涂层中,因钛元素添加生成了Al Cu2Ti相,使得改性涂层的表面硬度在第二相析出强化的作用下得以提升,显微硬度可达(310±10)HV0.3,相比同质修复层,提升了14.8%。在海水环境中,改性涂层的摩擦系数远低于同质修复层。改性涂层在大气环境中的磨损机制为氧化磨损、粘着磨损及磨粒磨损,在海水环境中的磨损机制为磨粒磨损。结论通过在ZQAl9442铜合金表面进行激光熔覆,得到了兼具高硬度、高耐磨性和抗海水环境摩擦的钛元素改性铜基涂层,在一定程度上提升了镍铝青铜合金在海水环境中的服役寿命。     

钛合金表面激光熔覆Ti/Ni+Si3N4/ZrO2复合涂层组织与性能研究

目的 提高TA15合金的表面硬度,改善其耐磨性能.方法 以Ti/Ni+Si3 N4/ZrO2混合粉末为原料,利用激光熔覆技术,在TA15钛合金表面制备出以ZrO2颗粒和原位生成Ti5 Si3、TiN为增强相,以金属化合物TiNi、Ti2 Ni为基体的复合涂层.采用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪等手段分析激光熔覆涂层的显微组织及磨损表面,通过硬度测试、摩擦磨损实验,对熔覆层的显微硬度和耐磨性进行评估.结果 熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,熔覆层组织中TiNi和Ti2 Ni金属化合物基体上弥散分布着Ti5 Si3、TiN树枝晶和ZrO2颗粒;与不含ZrO2熔覆层相比,含有ZrO2熔覆层组织的晶粒得到细化;熔覆层中原位生成的TiN桥接在裂纹上,具有增韧的作用;熔覆层的显微硬度分布在835~1050 HV区间内,约为基体硬度的3倍左右;在干滑动摩擦磨损下,熔覆层的磨损量约为钛合金基体磨损量的1/6,其主要磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损.结论 熔覆层中高硬度、耐磨陶瓷相和高韧性相的共同配合,显著提高了钛合金表面的硬度和耐磨性.     

激光熔覆FeCoCrxNiB高熵合金涂层的组织结构与耐磨性

为探究Cr元素对高熵合金涂层组织结构和性能的影响,在45钢基体上用激光熔覆方法制备了FeCoCrxNiB高熵合金涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度和耐磨测试等方法研究了Cr含量对FeCoCrxNiB激光熔覆高熵合金涂层组织结构、硬度和耐磨性能的影响。结果表明:熔覆态高熵合金的组织均由先共晶M2B相和共晶组织(面心立方结构相(FCC)+M2B相)组成。随着Cr含量的增加,共晶组织含量增多,M2B相减少,先共晶硼化物形态呈现不规则颗粒状到树枝状再到条块状的变化,共晶组织形貌由蜂窝状向片层状转变。涂层平均硬度随着Cr含量增加逐渐降低,FeCoCr0.5NiB涂层平均硬度最高为860HV0.2。涂层的耐磨性能与硬度呈正相关关系,即FeCoCr0.5NiB涂层耐磨性最高,FeCoCr3NiB涂层耐磨性最低。     

Si 含量对 FeCoCr0. 5 NiBSix 高熵合金涂层组织结构和耐磨性的影响

目的研究Si含量对激光熔覆FeCoCr_(0.5)NiBSi_x高熵合金涂层组织结构、硬度和耐磨性的影响。方法采用激光熔覆技术,在45钢基体表面制备了不同Si含量的FeCoCr_(0.5)NiBSi_x(x取0,0.1,0.2,0.3,0.4)系列高熵合金涂层,分析涂层的宏观形貌、微观组织及相结构,测试涂层的硬度,通过摩擦磨损实验测试涂层的耐磨性。结果熔覆态高熵合金涂层均由FCC相和M2B相组成,显微组织包括先共晶组织和共晶组织。随着Si含量的增加,FCC相增多,M_2B相减少,共晶组织由蜂窝状到颗粒状,然后消失。高熵合金涂层的平均硬度随着Si含量的增加而先降低后增加,FeCoCr_(0.5)NiBSi0.3的硬度值最小(613HV),FeCoCr_(0.5)NiBSi_(0.4)的硬度值最高(820HV)。高熵合金涂层的磨损体积随着Si含量的增加而先增大后减小,FeCoCr_(0.5)NiBSi_(0.3)的磨损体积最大(0.00406mm3),FeCoCr_(0.5)NiBSi0.4的磨损体积最小(0.00233mm3)。结论随着Si含量增加,涂层的M2B相减少,共晶组织逐步消失,耐磨性则先降低后提高。耐磨性能最好的是FeCoCr_(0.5)NiBSi_(0.4)高熵合金涂层。     

钛合金表面激光熔覆AlBxCoCrNiTi高熵合金涂层的组织与性能

目的研究AlB_xCoCrNiTi(x=0、0.5、1)高熵合金涂层的组织及性能,提高钛合金表面硬度及耐磨性。方法采用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备出AlB_xCoCrNiTi高熵合金涂层,运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)等材料分析手段,研究了B含量对高熵合金涂层形貌、组织结构、成分的影响,并采用维氏硬度计以及摩擦磨损试验检测了熔覆涂层的硬度和耐磨性能。结果高熵合金涂层与基体的整体结合形貌良好。未添加B的高熵合金涂层主要由BCC相和晶体结构类似(Co,Ni)Ti_2相组成。随着B的加入,高熵合金涂层的晶粒得到细化,BCC相含量增加,(Co,Ni)Ti_2相含量有所减少,且熔覆层原位生成了TiB_2硬质相,TiB_2硬质相含量随B含量的增加而增加。熔覆涂层的硬度和耐磨性与B含量呈正相关关系,AlB_1CoCrNiTi高熵合金涂层的平均显微硬度最大,为814HV,且AlB_1CoCrNiTi高熵合金涂层的磨损量最小,其耐磨性约为未添加B的高熵合金涂层的7倍。结论 B含量的增加,有助于改善AlB_xCoCrNiTi高熵合金涂层的摩擦学性能,AlB_xCoCrNiTi高熵合金涂层有效提高了钛合金表面的硬度及耐磨性能。     

高熵合金涂层制备工艺的研究现状

利用激光熔覆技术在Q235基体表面制备CoCrFeNiTi_0.8Nb_y(y = 0.25,0.5,0.75,1.0)涂层.采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪等方法分析涂层的相结构和微观组织等;用显微维氏硬度计、摩擦磨损试验机测试涂层的硬度与耐磨性能.结果表明,组织中呈现典型的树枝晶结构,加入Nb元素,涂层微观组织的尺寸减小,增加Nb元素含量时,高熵合金涂层的晶体结构由体心立方相(body-centered cubi,BCC)、少量的面心立方相(face-centered cubic,FCC)和Fe₂(Ti,Nb)型的Laves相组成;在细晶强化、固溶强化和第二相强化的共同作用下提高了涂层的显微硬度;中间相的存在一定程度上可以阻碍犁削切削过程的进行,进而提高了涂层的耐磨性能;CoCrFeNiTi_0.8Nb_0.75涂层的硬度和耐磨性最好,硬度为710 HV,约为基体的4倍,涂层的磨损量最小,磨痕较为平整.

     

铬铁原矿粉掺杂制备CrFeNiSiAl0.5高熵合金涂层及其组织性能

目的 以40Cr钢为基体,制备掺杂铬铁原矿粉的CrFeNiSiAl0.5高熵合金涂层,提高其硬度与耐磨性.方法 在Cr、Fe、Ni、Al、Si纯金属粉末中掺杂铬铁原矿粉,矿粉有效原子数分数为0％、5％、10％、15％时,采用激光熔覆技术,在40Cr钢基体上制备CrFeNiSiAl0.5高熵合金涂层.利用X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电子显微镜,表征高熵合金涂层的物相结构及微观组织.利用硬度计、磨粒磨损机,对涂层的硬度及耐磨性能进行表征.结果 不含铬铁原矿粉时,高熵合金涂层为单一的BCC相,铬铁原矿粉为10％时,出现FCC相.高熵合金涂层微观组织以胞状树枝晶为主,涂层与结合区存在明显分界,与基体呈良好的冶金结合.不含铬铁原矿粉时,高熵合金涂层平均硬度值为643.5HV;铬铁原矿粉为15％时,涂层平均硬度值为838.1HV,是基体的3.4倍.磨损率随铬铁原矿粉占比的增加而降低,铬铁原矿粉有效原子数分数为15％时,磨损率约为0.14 mg/mm2,耐磨性能最好.结论 在40Cr钢基体上成功制备出了以铬铁原矿粉为掺杂组元的高熵合金涂层,铬铁原矿粉的掺入,提升了CrFeNiSiAl0.5高熵合金涂层的硬度与耐磨性.     

Al2O3-TiO2对铝合金表面激光熔覆NiAl涂层组织性能的影响

目的 进一步提高6061铝合金表面的硬度、耐磨性。方法 应用脉冲Nd:YAG激光器在6061铝合金表面制备了NiAl合金涂层和NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层。通过SEM、X射线衍射仪系统研究了Al2O3-TiO2陶瓷相添加对NiAl熔覆层组织形貌、成分分布、物相组成的影响。利用HVS-1000硬度测试仪及HSR-2M高速摩擦磨损机,对熔覆层硬度分布及耐磨性进行测试分析。结果 Al2O3-TiO2陶瓷颗粒加入使涂层宏观成形质量明显提高,表面平整光滑、波纹均匀,熔覆层枝晶间距减小,组织结构明显细化。与NiAl熔覆层相比,在NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层中,具有较高硬度的Al3Ni、Al3Ni2硬质相含量增大。同时,高硬度Al2O3和良好韧性的TiO2、NiTi金属间化合物在复合涂层内部形成。NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层的显微硬度平均可达650HV0.2,相比NiAl涂层提高了300HV0.2;磨损体积仅为铝合金基体的1/9,相比NiAl涂层降低了35%。干摩擦条件下,NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层的犁削、剥落现象显著降低。结论 在细晶强化、硬质相弥散强化及良好韧性的NiTi金属间化合物共同作用下,6061铝合金表面硬度和耐磨性得到显著提高。     

液压千斤顶活塞杆用激光熔覆研究进展

综述了液压千斤顶活塞杆激光熔覆的研究进展,包括材料体系、耐蚀性能、耐磨性能、硬度、疲劳性能以及熔覆效率等方面。探讨了活塞杆常用熔覆层耐蚀性能的评价方法、性能参数及影响因素。各种试验结果表明,熔覆层的稀释和表面缺陷对耐蚀性能有不利影响,应通过工艺过程控制,同时完善检测手段;分析了液压千斤顶活塞杆的磨损机理及评价方法,重点探讨了常用材料在三体磨粒磨损与二体磨粒磨损工况下的耐磨性能,发现三体磨粒磨损和二体磨粒磨损对材料的硬度要求不同;考虑到第二相硬化导致耐蚀性能的降低,不应刻意通过第二相强化手段提高材料硬度而保证耐磨性能,应通过结构设计和维护保养避免磨粒磨损,在此前提下,保证熔覆层硬度在450HV左右是合适的。激光熔覆导致材料疲劳寿命的降低,主要原因在于残余拉应力和表面缺陷。鉴于加工硬化对熔覆层硬度和应力状态的影响,应进一步加强在疲劳寿命方面的研究,以进一步加快应用。为提高熔覆效率,在保证低稀释率的前提下,通过降低熔覆层的厚度,进而提高熔覆效率的方法是一种新的研究方向。