半导体激光熔覆钴基合金的耐磨性

为了提高纸浆阀门的使用寿命,利用高功率半导体激光器在304不锈钢板上熔覆钴基耐磨涂层。研究了激光工艺对熔覆层性能的影响,对不同温度下熔覆层的耐磨性进行了分析,并与传统手工堆焊涂层进行比较。结果表明,稀释率越高,熔覆层硬度越低,当激光功率为2000 W,扫描速度为20 mm/s时,得到的熔覆层成形好、稀释率小。磨损试验结果表明,100 ℃、200 ℃时的涂层磨损机理主要为磨粒磨损;300 ℃、400 ℃时,发生粘着磨损。由于手工堆焊涂层稀释率高,晶粒粗大,硬度较激光熔覆层低,熔覆层耐磨性优于手工堆焊涂层。     

激光重熔WC—Co涂层冲蚀性能

采用超音速火焰喷涂技术在低碳钢表面喷涂一层WC-12Co涂层,然后对其进行激光重熔处理,考察熔覆后涂层、低碳钢以及喷涂层的冲蚀磨损性能.结果表明:冲蚀角60°时熔覆层的质量损失率最大,与低碳钢和喷涂层比较,冲蚀开始阶段,熔覆层的质量损失率较低,随着冲蚀次数的增加,氧化层被冲蚀,熔覆层质量损失率升高.金相观察看出,熔覆层的致密度要优于喷涂层;硬度测试显示熔覆层硬度稍低于喷涂层.由此可推出,激光熔覆改变了涂层的组织结构,对于涂层冲蚀性能有一定影响.     

激光熔覆工艺参数对Fe-Cr-B合金涂层组织和硬度的影响

利用6 kW光纤激光器在Cr12MoV模具钢表面激光熔覆Fe-Cr-B合金涂层。运用金相显微镜和显微硬度仪,研究了激光功率、扫描速度、送粉率对熔覆层成形、尺寸、稀释率及组织结构和微观硬度的影响。结果表明:熔覆层组织主要由平面晶、树枝晶和等轴晶构成。理想的工艺参数为激光功率(P)2000 W,扫描速度(V1)4 mm/s,送粉率(V2)15 g/min。该工艺参数下熔覆层晶粒细小,与基体呈现良好冶金结合,稀释率为9.8%,熔覆层显微硬度平均高达1000 HV。     

变形铝合金激光熔覆工艺研究

为应用激光熔覆法修复涡桨发动机螺旋桨叶腐蚀损伤，利用CO2连续激光器在LYl2基材表面进行铝基合金粉末熔覆试验。分析了激光功率、扫描速度和光斑直径等工艺参数对熔覆效果的影响，观测了熔覆层的组织特征与性能。结果表明，要获得表面平整、内部无明显缺陷的熔覆层，存在激光功率阈值；熔覆层高度和熔深以及稀释率随激光功率的增加而增大，随扫描速度而降低；熔覆层的宽度主要取决于光斑直径。熔覆层组织为均匀细小的等轴晶，靠近基体界面的位置有较大尺寸的柱状晶存在，晶轴与熔合线垂直，尺寸可达20gm以上。熔覆层的显微硬度在100～110HV之间，较基体降低约30％。     

基于均匀设计的铁基合金粉末激光熔覆工艺参数优化

为了在Q235钢基材上制备出性能优良的铁基合金熔覆涂层,开展基于均匀设计的铁基合金粉末激光熔覆工艺参数优化方法研究.根据熔覆机工艺能力和实践经验选取待优化工艺参数范围,运用均匀化设计方法产生混合水平实验表.采用“光内送粉”在Q235钢基材上制备铁基合金(Fe45)熔覆层,利用超景深显微镜和维式显微硬度计分析了熔覆层的表面形貌、稀释率及硬度.基于实验数据逐步回归分析扫描速度、离焦量、激光功率、送粉速度对熔覆层稀释率和显微硬度的影响.结果 表明:不同工艺参数对熔覆层的稀释率及显微硬度具有显著影响;回归分析的三次多元多项式适合于表征工艺参数对熔覆层稀释率和显微硬度的影响规律,回归方程的交互项表明扫描速度、离焦量、激光功率、送粉速度的交互作用影响着稀释率和显微硬度;对稀释率和显微硬度进行数学回归,分析发现该铁基合金粉末的激光熔覆最佳工艺参数为:扫描速度7 mm/s、离焦量2 mm、送粉速度22 g/min、激光功率2.7 kW.验证实验表明,以最优参数制备的熔覆层硬度均匀度高、与基材形成了连续的白亮凝合线,无裂纹及气孔,熔覆层整体质量较好.     

激光与氩弧重熔热喷涂涂层的表面性能

采用电弧喷涂方法制备了合金涂层,然后使用氩弧和激光重熔技术分别获得了具有冶金结合的耐磨涂层。对涂层进行了硬度试验、高温冲蚀磨损试验和显微组织试验,并进行了分析和比较。结果表明,熔覆层表面硬度高达1200HV,是20G钢的6～7倍,组织均匀,与基体之间冶金结合,耐高温冲蚀性能为20G钢的2.5～4倍。对两种熔覆技术进行了比较。     

工艺参数对激光熔覆NiWC25合金粉末的影响

在激光熔覆NiWC25合金粉末修模过程中,激光功率、送粉电压、扫描速度等工艺参数对激光熔覆层的显微硬度和熔覆层增加高度具有重要影响。通过试验探究了5组不同激光功率(300、500、700、900和1100 W)对熔覆层最大显微硬度和增加高度的影响规律,同时,分别采用5组不同的送粉电压和5组不同的扫描速度得出了单一工艺参数对激光熔覆层最大显微硬度和增加高度的影响规律。结果表明,当激光功率300 W和送粉电压3 V时熔覆层的显微硬度小于600 HV,其它单一工艺参数下熔覆层的最大显微硬度相差不大,大都集中在780～820 HV。当送粉电压和扫描速度的比值相差不大时,熔覆层的增加高度无太大变化。     

送粉式激光熔覆工艺参数对熔覆层组织性能的影响

通过改变送粉激光熔覆过程中的扫描速度、送粉速率、基体预热温度等工艺参数,获得了单道激光熔覆层。探讨了工艺参数对熔覆层组织、性能的影响规律。提出了“用熔覆层横断面熔合界面附近的硬度分布曲线上的拐点连线表示熔覆层稀释范围”的新方法,方便了研究熔合界面问题和控制稀释率、稀释范围及熔覆层的组织性能     

U71Mn钢表面激光熔覆Ni60-25％WC涂层工艺参数优化的研究

目的研究U71Mn钢表面激光熔覆Ni60-25%WC涂层的最佳工艺参数。方法首先通过单道单因素试验初步选取激光功率、送粉量、扫描速度和光斑直径4个工艺参数,然后进行4因素3水平的单道正交试验,以熔覆层的宽度、高度和稀释率作为判断熔覆层质量的指标,做极差分析,最后得到最优工艺参数并分析了熔覆层的显微硬度及显微组织。结果单道单因素试验及单道正交试验得到的工艺参数均为:激光功率1500 W,送粉量4 g/min,扫描速度6 mm/s,光斑直径2.2 mm。通过单道正交试验极差表分析发现,工艺参数对质量指标的影响程度不同,对熔覆层宽度的影响为扫描速度送粉量激光功率光斑直径,对熔覆层高度的影响为送粉量扫描速度光斑直径激光功率,对熔覆层稀释率的影响为送粉量光斑直径扫描速度激光功率,对比发现送粉量是熔覆层的最大影响因子。熔覆层的显微硬度最高可达到1170HV,是基体的3.7倍。结论在U71Mn钢表面激光熔覆Ni60-25%WC涂层,可以制备出光滑且紧密结合的熔覆层,且表面硬度明显提高。     

稀释率对钛合金表面镍基熔覆层质量的影响

通过改变激光扫描速度来改变熔覆过程中钛合金基材的熔化程度,进而研究稀释率的不同对钛合金表面镍基熔覆层质量的影响。结果表明,随着扫描速度的提高,稀释率减小。随着稀释率的提高,熔覆层中小球状颗粒(Ti C)数量明显增加,块状相(Ti B2)数量稍有增加,熔覆层显微硬度提高。但在一定范围内提高扫描速度,稀释率下降但熔覆层显微硬度无明显变化。稀释率较低时,熔覆层出现裂纹的几率偏大。     

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。     

激光熔覆制备高熵合金涂层的研究进展

激光熔覆技术具有高的冷却速度、低的稀释率、涂层与基体冶金结合等优点,采用激光熔覆技术制备耐磨性和耐腐蚀好的高熵合金涂层是近几年高熵合金领域的研究热点之一。首先概括了激光熔覆技术制备的高熵合金体系及组织结构特征,大多高熵合金涂层以固溶相为主,少数合金涂层形成了非晶相,与熔炼制备高熵合金块体材料相比,涂层组织具有均匀、细小致密等特点。然后介绍了涂层的性能特征,涂层具有较高的硬度、良好的耐磨性,同时指明高耐磨性涂层不仅具有高的硬度,同时还需要具有一定的塑韧性。涂层合金中大多包含有Al、Cr、Si和Co等形成稳定氧化膜的元素,呈现优异的抗腐蚀性能。随后重点概述了合金元素（Al、Mo、V、Ti、B、Ni、Nb和Cu等）、熔覆工艺参数（激光功率、扫描速度和预制层粉末厚度）和热处理工艺对涂层组织结构和性能的影响规律。其中,熔覆工艺参数对涂层组织结构和性能的影响研究相对较少,将是未来研究的重点内容之一。最后对激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题和未来的研究方向做了展望。     

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。     

激光重熔Ni60/50%WC复合涂层的制备及性能

为消除Ni60/50%WC复合涂层的裂纹及孔洞等缺陷,采用CO₂激光器在45钢表面进行激光熔覆+重熔处理,利用商用着色探伤剂显示涂层裂纹,通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM/EDS)分析涂层的微观组织结构,采用显微硬度计及摩擦磨损试验机等测试复合涂层的硬度和耐磨性能。结果表明,激光重熔能达到二次排渣排气、愈合裂纹,改善表面粗糙度的目的;使用3.0 kW 的激光功率,350 mm/min的扫描速度,50%搭接率,5 g/min送粉量激光熔覆,辅以1.5 kW重熔功率,300 mm/min扫描速度,50%搭接率的重熔可以获得无裂纹的涂层;激光重熔能改善涂层组织的不均匀性,提高熔覆层的结晶度和致密性;重熔前后涂层的平均显微硬度分别为740.07和700.02 HV0.2,平均摩擦因数分别为0.475和0.462,磨损率分别为4.223×10^-15和4.874×10^-15 m³/(N·m)。     

冷作模具曲面激光熔覆修复工艺及路径研究

目的冷作模具在高压力和高冲击力作用下易磨损,传统的修复方式效率慢、自动化程度低,导致冷作模具报废率高,故采用激光熔覆技术对其进行修复,以获得具有优良使用性能的修复层。方法利用修复质量高、修复速度快的激光熔覆技术与空间自由度大、操作灵活的机器人技术相结合的方法获得熔覆层,基于组织观察、硬度分析和摩擦磨损实验观察检测熔覆层质量。结果熔覆最佳工艺参数为:功率1500 W,扫描速度2 mm/s,载气6 L/min,送粉器转速10 r/min,搭接率1/2。熔覆层硬度为350~430HV,远高于基体硬度。结论沿曲面短边方向由下往上做"之"字形扫描,熔覆效果最优。多道多层激光熔覆时,下一层的起点相对于上一层的起点偏移1.5 mm,得到的熔覆成形效果较好。微观组织分析表明,熔覆层与基体之间的界面冶金结合,熔覆层主要由致密的树枝晶组成。熔覆层的耐磨损性能明显优于基体。     

激光再制造金属零件熔覆层组织及耐磨性能

采用Fe-Cr-B-Si-Mo铁基合金粉末进行激光多层熔覆,利用金相显微镜(OM),扫描电镜(SEM),显微硬度计和磨损试验机分析了熔覆层的显微组织,测试了涂层的硬度和耐磨性能.试验发现,多层熔覆层组织致密,具有快速凝固组织特征;层间形成了冶金结合,从而使整个材料在理论上没有薄弱环节.结果表明,熔覆层硬度达到760～780HV;45钢基体的体积磨损量是激光熔覆层的21.7倍;激光熔覆层具具有较好的冶金质量和耐磨性.     

激光能量密度对65Mn钢表面Ni60A/WC复合涂层摩擦磨损性能的影响规律

目的 改善旋耕刀65Mn钢的摩擦磨损性能,提高农机触土零部件的使用寿命。方法 采用激光熔覆技术在65Mn钢基体表面制备Ni60A/WC复合涂层。通过改变激光功率调节激光能量密度,在不同能量密度下制备Ni60A/WC复合涂层,观察并测试不同参数下复合涂层试样的宏观形貌、微观结构、物相组成、元素分布、显微硬度及摩擦磨损特性,研究激光能量密度对Ni60A/WC复合涂层组织演变及摩擦磨损性能的影响规律和机理。结果 Ni60A/WC复合熔覆层顶部主要有胞状晶和树枝晶,分布较紧密,熔覆层中部主要有树枝状晶,熔覆层底部主要为胞状晶和垂直交界面生长的枝晶,且分布均匀致密。随着激光能量密度的升高,熔覆层的熔高和熔深增加显著,WC硬质相颗粒发生分解,硬质相的数量明显减少,涂层的平均显微硬度降低。在激光能量密度为120 J/mm²时,熔覆层的平均显微硬度为587.1HV1.0,相较于基体,提升了约1.8倍。此时熔覆层的平均摩擦因数最小,为0.312,相较于基体,得到显著提升,摩擦磨损机制为轻微的磨粒磨损。经田间试验测试发现,在激光能量密度为120 J/mm²时制备的带有熔覆层的旋耕刀相较于无熔覆层的旋耕刀,其磨损质量降低了63%。结论 通过控制激光能量密度,可以有效调控Ni60A/WC熔覆层的硬度和耐磨性,可为农机触土易磨损件的减摩耐磨表面强化改性提供理论指导。     

扫描速度对激光熔覆Al基非晶复合层组织与性能的影响

目的在5083铝合金表面激光熔覆制备Al-Ni-Y-Co-La非晶复合熔覆层,并研究扫描速度对熔覆层组织与性能的影响规律。方法采用YAG:Nd激光器,在扫描速度分别为200、300、400 mm/min下制备Al基非晶复合层,并采用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、硬度仪、摩擦磨损试验机观察熔覆层微观组织及测试其显微硬度及耐磨损性能。结果熔覆层主要由α-Al相、Al3Y及Al4Ni Y等金属化合物相组成。随着扫描速度的增加,熔覆层组织由粗大的条(柱)状晶向细小的等轴晶转变,当扫描速度大于300 mm/min时,熔覆层内存在部分非晶复合区域。熔覆层平均显微硬度大于250HV0.1,当扫描速度为300 mm/min时,熔覆层显微硬度最高达300HV0.1。低载荷下,扫描速度为200、300、400 mm/min时的熔覆层和基体的平均摩擦系数分别为0.384、0.288、0.304、0.571,平均磨损体积分别为7.586×10~7、2.516×1~07、5.027×10~7、45.638×10~7μm3,熔覆层平均摩擦系数和磨损体积较5083基体均显著降低。结论采用激光熔覆技术能够制备Al基非晶复合层。当扫描速度为300 mm/min时,熔覆层具有最佳的成形性和耐磨损性能;当扫描速度进一步增大至400 mm/min时,熔池拖带基体翻卷上浮导致成分严重偏析,使熔覆层的成形性和耐磨损性能下降。     

激光重熔对电弧喷涂含非晶相铁基涂层性能的影响

目的提高电弧喷涂含非晶相Fe基涂层的抗冲蚀及耐腐蚀性能。方法采用YAG脉冲激光器对电弧喷涂含非晶相Fe基涂层进行激光重熔处理。通过X-ray、SEM、冲蚀磨损和电化学等检测手段,研究该涂层重熔后的组织结构、冲蚀磨损性能和耐腐蚀性能。结果电弧喷涂含非晶相Fe基涂层经激光重熔后发生了晶化,并随着功率的增加,非晶含量降低,硬度也降低。重熔后,涂层与基体的结合方式由之前的机械咬合转变为冶金结合,涂层的致密度明显提高,组织缺陷减少。与喷涂层相比,0.3k W激光重熔涂层的抗冲蚀性能在30°攻角下可提高3倍,在90°攻角下可提高将近6倍。重熔层的冲蚀磨损机制在低冲角时以显微切削为主,高冲角时则以挤压破碎为主。随着激光功率的增加,重熔涂层的抗冲蚀性能降低。同时,在3.5%NaCl溶液中,重熔层的耐蚀性能随重熔激光功率的提高而提高,并且重熔层的腐蚀电流密度比喷涂层明显降低。结论激光重熔不但改善了电弧喷涂含非晶相Fe基涂层与基体间的结合状态,同时也增强了涂层的耐蚀和耐磨性能,是一种有效提升涂层性能的后处理工艺。     

激光表面处理CuCr50合金的显微组织及性能

目的：细化CuCr50合金的Cr相组织,提高组织均匀性。方法采用Nd：YAG脉冲激光器对CuCr50合金进行表面处理,并对激光处理后合金的显微组织（表面组织和截面组织）、导电性能、显微硬度、耐磨性等进行测试与分析。结果工艺优化后得到的实验参数为：激光功率500 W,峰值5.0 kW,扫描速度4 mm/s,激光频率6 Hz,激光脉宽5 ms,离焦量为+4 mm。在优化的工艺条件下,CuCr50合金经激光表面处理后,形成了致密的重熔层,Cr相的晶粒得到明显细化,合金的组织均匀性提高,表面孔洞减少。合金重熔层中的相组成未发生变化,合金的导电性略微降低,但仍保持了CuCr50合金优良的导电性能。重熔层显微硬度（425~540HV）明显提高,最高硬度为540HV,是基体显微硬度（约240HV）的2.25倍。重熔层的摩擦系数（0.3）远低于原始CuCr50合金（0.45）,重熔层的损失质量（0.15 mg）远小于原始CuCr50合金的损失质量（0.6 mg）,合金的耐磨性有明显的提高。结论 CuCr50合金在优化的工艺参数条件下进行激光表面处理,能够细化Cr相组织和提高整个合金的组织均匀性,提高合金的显微硬度与耐磨性能。