激光熔覆颗粒增强金属基复合材料涂层强化机制

选用优化的激光工艺参数,利用激光熔覆工艺在中碳钢表面原位合成硬质陶瓷颗粒增强金属基复合材料涂层,涂层熔覆质量良好。涂层是由粘结金属基体和弥散分布于其中的稳定和亚稳定硬质颗粒增强相组成。激光熔覆涂层相对于中碳钢基体强化效果显著。对熔覆涂层的显微分析表明：涂层中存在细晶强化、硬质颗粒弥散强化、固溶强化和位错堆积强化等强化机制。     

TC4钛合金表面激光熔覆法制备Y_2O_3颗粒增强Ni/TiC复合涂层

采用激光熔覆法在TC4钛合金表面原位制备Y2O3颗粒增强Ni/TiC复合涂层,研究涂层的相组成、微结构、成分分布及性能。结果表明,复合涂层内的微结构和成分在深度方向具有分层现象,这主要是由激光熔覆过程的快速熔凝和冷却过程所致。在激光熔覆过程中,TiC粉末完全熔化并在凝固过程中析出为细小枝晶,这些TiC枝晶的尺寸随着深度的增加而减小,而Y2O3颗粒则分布在整个重熔层中。Y2O3颗粒增强Ni/TiC复合涂层具有较均匀的硬度,其最高值约为HV1380,比基体高4倍以上。由于复合涂层具有高的硬度,钛合金经过激光熔覆后其耐磨性得到大幅度提高。     

预磁化频率对激光熔覆涂层性能和组织的影响

对45钢基体进行不同频率的预磁化处理,再对其进行激光熔覆,借助硬度试验、摩擦磨损试验和光学显微镜研究了基体预磁化频率对激光熔覆涂层性能和组织的影响。结果表明,基体经预磁化后,表面熔覆涂层的洛氏硬度较未磁化时有所提高;此外,在同样摩擦磨损条件下磁化者的磨损量和平均摩擦因数较未磁化得有所下降;且原来大小不匀、枝系发达、连成一体的树枝状晶随预磁化频率的增大逐渐向规则的等轴晶转变,预磁化作用还改善了黑色点状硬质颗粒分布的均匀性,使得组织更均匀、致密;以上结果的唯一直接原因是由于基体预磁化的差异所致。本试验条件下的最佳磁化频率是25 Hz。     

预磁化频率对激光熔覆涂层组织和性能的影响

对45钢基体进行不同频率的预磁化处理,再对其进行激光熔覆,借助硬度试验、摩擦磨损试验和光学显微镜研究了基体预磁化频率对激光熔覆涂层性能和组织的影响。结果表明,基体经预磁化后,表面熔覆涂层的洛氏硬度较未磁化时有所提高;此外,在同样摩擦磨损条件下磁化者的磨损量和平均摩擦因数较未磁化得有所下降;且原来大小不匀、枝系发达、连成一体的树枝状晶随预磁化频率的增大逐渐向规则的等轴晶转变,预磁化作用还改善了黑色点状硬质颗粒分布的均匀性,使得组织更均匀、致密;以上结果的唯一直接原因是由于基体预磁化的差异所致。本试验条件下的最佳磁化频率是25 Hz。     

GH 864高温合金表面激光熔覆层的数字图像处理与温度场仿真分析

采用激光熔覆工艺在GH 864高温合金表面制备Nb C颗粒增强涂层,利用数字图像处理软件和仿真软件对激光熔覆层微观组织和宏观温度场进行分析。结果表明,随着[Nb+C]添加量的增加,激光熔覆层中Nb C增强颗粒的分布趋于均匀,枝晶间距明显减小。原位反应生成的Nb C增强颗粒为花瓣状和不规则块状。     

激光熔覆原位析出增强颗粒热力学及显微组织研究

把理论与试验相结合,通过热力学理论计算,选择出合理的激光熔覆涂层体系,利用横流CO2激光器在铜合金表面激光熔覆Ni基复合材料涂层,原位自生陶瓷颗粒增强相.通过对激光熔覆涂层反应体系△GT的计算及XRD分析得知:TiB增强颗粒可以原位生成.利用OM、SEM和显微硬度计,分析测定涂层的显微组织形貌和截面显微硬度分布情况.结果表明:熔覆层与基体具有良好的结合界面,涂层内枝晶组织细小均匀.熔覆层平均显微硬度比基体显著提高,约为基体平均硬度值的3倍.     

42CrMo钢表面激光熔覆颗粒增强Co基涂层的组织与性能

为改进矿用截齿的耐磨性能,使用激光熔覆技术在截齿用42CrMo钢基体表面制备Co基复合涂层,并分析涂层的微观组织、硬度和耐磨性。结果表明,熔覆层形貌良好且与基体呈冶金结合。在激光作用下,WC颗粒发生溶解并与多种元素发生反应,熔覆层主要由γ-(Co, Fe)和碳化物组成。熔覆层组织呈梯度变化,过渡区组织为平面晶、枝状晶和柱状晶,熔覆区组织则为等轴枝晶和均匀分布的富W、Ti的碳化物颗粒。熔覆层平均显微硬度为995 HV,远高于基体(328 HV),同时热影响区的硬度也大幅提高。在相同的磨损条件下,熔覆层摩擦因数较低,体积磨损量仅为基体的13.5%。在摩擦过程中,弥散分布的细小碳化物颗粒逐渐凸起并起到承担载荷和抵抗磨损的作用,使熔覆层具有良好的耐磨性,磨损机制为轻微磨粒磨损。激光熔覆技术制备的颗粒增强Co基涂层,组织致密,性能良好,能显著地提高42CrMo钢的表面硬度和耐磨性。     

原位TiC/金属基激光熔覆涂层的微结构特征

利用激光熔覆制备了原位形成TiC陶瓷颗粒增强金属基复合材料涂层 ,TiC为熔覆时原位形成。颗粒细小弥散 ,具有内晶型及密度梯度分布特征 ;HREM观察表明 ,TiC/基体界面结构具有洁净及微晶过渡特征 ,无界面反应物 ;熔覆组织具有较高的显微硬度及耐磨性。     

钛合金表面激光熔覆TiN-Ni基合金复合涂层的组织和磨损性能

以TiN和NiCrBSi合金混合粉末为原料，采用激光熔覆技术在TC4合金表面制备出TiN颗粒增强Ni基合金涂层。利用XRD，SEM和TEM等分析了激光熔覆层的相组成及微观组织，并测试了激光熔覆层的显微硬度和磨损性能。结果表明，激光熔覆层由熔覆区和稀释区2个区域组成，熔覆区的组织是在γ-Ni树枝晶和γ-Ni＋Ni3B层片状共晶的基体上均匀地分布着TiN颗粒和针状尬3C6相，显微硬度在9000MPa-12000MPa之间.稀释区为基底TC4合金和熔覆材料Ni基合金的混合凝固区，呈胞状晶和树枝晶形态。激光熔覆层中存在颗粒强化、细晶强化和固溶强化等多种强化作用，大幅度地提高了TC4合金的耐磨性能。     

Ti811合金表面激光熔覆涂层微观组织及性能研究

目的研究Ti811合金表面激光熔覆涂层的微观组织及磨损性能。方法利用激光熔覆技术,在Ti811合金表面激光熔覆原位合成了Ti C+Ti B2增强镍基复合涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、显微硬度计和摩擦磨损试验机,系统地研究了熔覆层的物相组成、显微组织、显微硬度及摩擦磨损性能,并利用二维点阵错配度理论对Ti C的细化机理进行分析。结果激光熔覆涂层与基体呈良好的冶金结合,熔覆层生成物相主要由Ti C、Ti B2、Ti2Ni和γ-Ni组成,其中Ti C呈等轴枝晶状和花瓣状,Y2O3的(111)面与Ti C的(110)面之间的二维点阵错配度为6.813%,Y2O3作为Ti C的非均质形核核心为中等有效。熔覆层的平均显微硬度为913.93HV0.5,约为基体Ti811硬度的2.4倍。熔覆层摩擦系数稳定在0.45～0.52之间,磨损机理主要为粘着磨损与磨粒磨损。结论采用激光熔覆技术能够在Ti811合金表面成功制备Ni基复合增强涂层。熔覆层中Y2O3颗粒具有细晶强化、弥散强化、增加形核率的作用,熔覆层具有较高的显微硬度与良好的耐磨损性能。     

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。     

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.     

钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的研究进展

针对钛合金在实际应用过程中存在硬度低、耐磨性差、高温易氧化以及生物活性低等问题,国内外学者利用陶瓷材料较高的硬度、优异的耐磨性和高温抗氧化性能的特点,以及激光熔覆技术可以实现涂层与基材的冶金结合,较高的冷却速率使涂层内部晶粒得到细化的优势,开展了钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的广泛研究。首先简要概括了钛合金表面激光熔覆陶瓷材料的特点,介绍了在激光熔覆过程中常见的陶瓷材料以及所具备的特殊性能。从陶瓷涂层制备方式和陶瓷材料体现的功能两个方面,综述了国内外的研究特点、现状和进展。对比分析了激光制备纯陶瓷涂层、激光制备陶瓷与金属合金复合涂层、激光原位合成陶瓷复合涂层、激光制备陶瓷梯度涂层的优缺点。介绍了在钛合金表面激光熔覆耐磨涂层、高温抗氧化涂层、耐蚀涂层和生物涂层的进展,分析了陶瓷材料在提高相关性能时所发挥的作用。最后针对钛合金表面激光熔覆陶瓷材料存在的问题,对钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层未来的发展趋势进行了讨论与展望。     

钛合金表面等离子弧熔覆原位自生镍基耐磨涂层的制备及微观结构表征

目的 在钛合金表面制备陶瓷相增强复合耐磨涂层。方法 采用等离子弧熔覆技术,在Ti6Al4V钛合金表面制备了原位自生TiB2、TiC、CrB陶瓷相增强镍基耐磨涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪检测了涂层的物相组成、组织组织以及微区化学成分,采用显微硬度计测试了涂层的硬度。结果 涂层靠近熔合线区域由Ni-Ti树枝晶及枝晶间的共晶组成,在涂层的中上部,大量原位增强相分布于镍基固溶体基体之中。在熔覆过程中,钛合金基材中的Ti元素同熔覆粉末中的B、C元素发生原位冶金反应形成TiB2、TiC增强相,CrB增强相为Ni基熔覆粉末中Cr、B元素反应形成,增强相的形态由各自的晶体结构及熔池凝固热力学与动力学条件决定。涂层的显微硬度得到显著提高,最高达1037HV0.2。结论 采用等离子弧熔覆技术,利用熔池内Ni-Cr-Ti-B-C合金体系的原位冶金反应,可以在钛合金表面制备原位自生TiB2、TiC、CrB增强镍基复合耐磨涂层。同Ti6Al4V基材相比,由于涂层具有大量增强相分布于镍基固溶体的组织特征,其显微硬度得到了显著提高。     

Effect of compositions on the microstructure and properties of plasma clad NiAl coating

NiAl intermetallic coating was in-situ synthesized by the plasma cladding process. The effect of atomic ratio of Ni to Al atoms 1 (coating 1), 2 (coating 2) and 3 (coating 3) on the microstructure and mechanical properties of plasma clad was studied by combining microstructural analysis and wear-resistant test. The obtained results indicated that the microstructure of the synthesized NiAl coating was compact and uniform in addition to few porosities and the NiAl coating well metallurgically bonded with the substrate. Coating 1 is mainly composed of NiAl and the solid solution γ-(Fe,Ni) phases. Coating 2 contains of NiAl, Ni₃Al and γ-(Fe,Ni). Coating 3 is mainly composed of Ni₃Al, γ-(Fe,Ni) and NiAl. Coating 3 has excellent wear-resistance property owing to high hardness and low friction coefficient. Ni3Al phase has great influence on wear-resistance property of coating 3. The main wear mechanism of coating 1 is multi-plastic deformation wear and adhesion wear. Grain abrasion is the main wear mechanism of coating 3. The main wear mechanism of coating 2 is grain abrasion and partly adhesive wear.     

Influence of process parameters on microstructure of reactive plasma cladding TiC-Fe-Cr coating

A certain amount of Ti was added to the plasma cladding Fe-Cr-C coating in the early stage in order to improve the quality and properties of the coating. Ti-Fe-Cr-C composite powder was prepared by precursor carbonization-composition process. In situ synthesized TiC-Fe-Cr coatings were fabricated on substrate of Q235 steel by plasma cladding process with the composite powder. Microstructures of the coatings with different process parameters, including cladding current, cladding speed, number of overlapping cladding layers, were analyzed by scanning electron microscope. The results show that the structure of the TiC-Fe-Cr coating is greatly affected by the cladding current, the cladding speed and the overlapping cladding process. In this test, when the cladding current of 300 A and the cladding process parameter of the cladding speed of 50 mm/min are clad with three layers, a well-formed and well-structured TiC-Fe-Cr coating can be obtained in this test. TiC-Fe-Cr coating has good wear resistance and good load characteristics under dry sliding wear test conditions.     

等离子喷涂氧化铝基复合涂层研究进展

随着等离子喷涂技术的发展,等离子喷涂氧化铝基复合涂层在防腐蚀、耐磨损和航天航空等领域得到了广泛应用。首先简要介绍了新型等离子喷涂技术(激光等离子喷涂、悬浮液等离子喷涂和超音速等离子等)和主要喷涂工艺参数(喷涂功率、送粉方式和喷涂距离等),然后从改善涂层耐腐蚀性能的角度出发,阐述了第二相、喷涂工艺参数和后处理工艺对涂层气孔率的影响及与涂层耐腐蚀性能的关系。重点分析了硬度、喂料特征和激光熔覆技术对氧化铝基复合涂层耐磨损性能的影响,详述了影响硬度的因素,以及喷涂粉末特征和激光熔覆处理对复合涂层微观结构的影响。在电磁波吸收性能研究方面,论述了吸收剂含量、涂层厚度和多种电磁波吸收剂匹配以及喷涂参数的调整对等离子喷涂氧化铝基复合涂层吸波性能的影响。最后对以等离子喷涂技术制备性能更加优异的氧化铝基复合涂层提出了展望。     

激光熔覆Fe-Al复合涂层组织及性能研究

采用粉末预置法,在Q235钢表面激光熔覆Fe-Al复合涂层。采用SEM、XRD等方法分析了涂层的显微组织和物相结构,研究了不同激光工艺参数对涂层显微硬度和耐磨性的影响。结果表明,在优化工艺参数下,涂层与基体形成了良好的冶金结合,组织均匀细密,涂层中含有Al2O3硬质颗粒相及金属间化合物Fe3Al,其硬度和耐磨性得到提高。     

原位生成 WC-B4C 增强镍基激光熔覆层及其性能研究

目的通过激光熔覆技术,在Q235钢表面原位生成WC-B4C增强镍基熔覆层。方法以WO3,B2O3,C和Ni60混合粉末为预涂原料,采用激光熔覆技术原位生成WC-B4C增强镍基熔覆层,对熔覆层的显微组织和物相构成进行分析,研究其摩擦磨损性能。结果采用合适的工艺参数,通过原位生成WC-B4C形成的增强镍基涂层形貌良好,与基材呈现较好的冶金结合。熔覆层平均硬度1200HV0.3,摩擦磨损失重仅为纯Ni60熔覆层的1/3。结论熔覆层硬度较高,耐磨性很好。大量原位生成的WC-B4C增强相及其均匀分布是熔覆层硬度和耐磨性提高的原因。     

激光熔覆Cr_3C_2-Ni复合涂层的减摩性能

以粉末化学镀法制备的Cr_3C_(2-)Ni复合粉末作为预置层,在Q235钢板表面用激光熔覆技术制备了减摩复合涂层.研究了Cr_3C_(2-)-Ni涂层在干摩擦条件下的减摩性能,并对磨损形貌进行了SEM观察,对涂层的硬度进行了测 试.结果表明,该涂层组织均匀致密、硬度较高;涂层的摩擦性能稳定,摩擦系数为0.44;硬质Cr_3C_(2-)粒子与金属粘结相的配合能有效提高熔覆层的承载能力,减小摩擦损失.