激光熔覆陶瓷及其复合涂层的组织特征

综述了激光熔覆陶瓷及其复合涂层的组织特征与性能.分析了涂层区、结合区组织的形成机制及陶瓷金属复合涂层中陶瓷相的溶解行为,阐述了熔覆工艺特别是扫描速度及搭接处理对熔覆层组织的影响.     

激光熔覆NiCrAl—陶瓷涂层的磨损性能和显微组织研究

运用激光熔覆技术和原位反应合成的原理,在40Cr钢表面用预置涂层的方法, 制备了(TiO2+B2O3+Al2O3+TiB2)/NiCrAl金属陶瓷涂层. 借助光学显微镜、X射线衍射仪、电子探针及显微硬度计等手段对熔覆层的组织、物相、元素分布和显微硬度分布特征进行了分析研究.实验表明,熔覆过程中同时原位生成TiB2和Al2O3亚微米颗粒,原位生成的两个陶瓷相都以弥散的方式存在于NiCrAl晶粒内部,形成晶内强化;在熔覆过程中没有参与反应的陶瓷相B2O3和TiO2处于NiCrAl晶粒间,但是,其分布是一种非连续的点状分布,有利于合金的强化;熔覆层中的主相依次分别是γ-Ni,γ′, Al2O3和TiB2.熔覆层的微观结构和硬度主要和激光处理参数和熔覆层化学组成有关.陶瓷相的原位生成和加入的结果大大改善了熔覆层的硬度和覆层/基体界面的结合性能. 用自制的仿销环磨损机进行磨削试验,结果表明,随陶瓷相在熔覆层中的配比从5%增加至20%时,陶瓷层的硬度不断增加,同时磨损性能也得到相应提高.探讨了激光作用下陶瓷相原位生成的机制,结合了激光快速冷凝和原位反应生成方法的共同优点,可以达到陶瓷-金属的纳米级复合.(OE1)     

激光熔覆HA生物陶瓷梯度涂层的微观组织结构

利用激光熔覆的方法在纯钛表面制备了羟基磷灰石(HA)生物陶瓷梯度涂层，通过电子探针和X射线衍射仪(XRD)对不同工艺参数下制备的涂层进行了微观组织观察和物相分析。实验结果表明，当激光功率为600W，扫描速度为3．5mm／s时，在纯钛表面可获得组织致密结合形态好的HA生物陶瓷梯度涂层，涂层的组织为胞枝晶和枝状晶，与人体骨组织的结构相似，主要由生物活性较好的HA相以及α—Ca2P2O7，Ca2(PO4)2等钙磷相组成，涂层下部的Ca，P的原子比例与HA中的Ca，P的原子比例相当，涂层表面因P的丢失而使其比例略高。随着功率的提高，涂层组织出现了少量的微孔，微孔的出现有利于骨组织在其上面植入生长，但涂层中Ca，P的原子比例升高，涂层的生物活性降低。随着扫描速度的加快，涂层熔化不充分，组织疏松，强度降低，影响了其使用。     

TC4表面激光熔覆TiC和TiC-NiCrBSi涂层的微观组织研究

采用激光熔覆技术在TC4合金表面制备TiC和TiC-NiCrBSi涂层,研究了激光熔覆层的微观组织和硬度。结果表明,在TiC激光熔覆层中,表层(熔覆区)大部分TiC颗粒发生了熔化并以树枝晶形式结晶,底层(稀释区)TiC颗粒向钛合金中溶解并以树枝晶形式沉淀析出。随激光比能的增加,基底钛合金的稀释作用增加,熔覆层的硬度降低。在TiC-NiCrBSi激光熔覆层中,熔覆区中的TiC颗粒向Ni基合金中溶解并以细小的球状颗粒和树枝晶形式沉淀析出,随激光比能的增加,TiC颗粒的溶解程度增加。当TiC颗粒的体积分数超过50%时,TiC颗粒出现偏聚现象。TiC-NiCrBSi激光熔覆层的稀释区是Ni基合金和钛合金的混熔区,呈细小的树枝晶形态。     

激光熔覆陶瓷及其复合涂层的材料体系

分析了激光熔覆陶瓷及其复合涂层的国内外研究与发展现状,对激光熔覆耐磨涂层、耐蚀涂层、热障涂层、抗氧化涂层和生物材料涂层的材料体系、性能特点与应用前景进行了综述。     

熔覆工艺对Ni60A激光熔覆层微观组织的影响

采用SEM、TEM和EDAX等方法研究了熔覆工艺对Ni60A激光熔覆层微观组织的影响.熔覆层由胞枝状γ-Ni基固溶体、树枝状M7C3、颗粒状CrB、Ni+M23C6及Ni+Ni3B共晶组织组成,结合区由具有定向快速凝固组织特征的胞状共晶组织组成,结合区底部的熔合带是由γ-(Fe,Ni)固溶体形成的平面晶.相同工艺参数的搭接熔覆使涂层的稀释度增大,在保证涂层与基体形成良好冶金结合的前提下,适当增大扫描速度或降低功率密度有利于涂层组织的细化,减小基体对涂层的稀释.     

宽带激光熔覆梯度生物活性陶瓷复合涂层组织与性能

为了增加基材与生物陶瓷涂层之间的结合强度,消除激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的开裂倾向,设计了一种梯度生物陶瓷复合涂层并采用宽带激光熔覆技术在Ti-6Al-4V合金上制备了梯度生物陶瓷复合涂层,对其组织和性能进行了研究.结果表明:钙和氧元素主要分布在生物陶瓷涂层中;钛和钒元素主要分布在基材和合金化层内;磷元素分布在合金层与陶瓷层中.合金层中基底组织上分布着白色共晶组织和白色颗粒,基底组织主要为Ti(Al,P,Fe,V)相,白色共晶组织主要为Fe2Ti4O AlV3,白色颗粒为结晶析出的Al3V0.333Ti0.666;生物陶瓷层中的基底组织为胞状晶,其上分布有灰色相和白色颗粒相,胞状晶主要为GaO、CaTiO3和HA,灰色相为β-TCP及Ca2Ti2O6,白色颗粒相为TiO2.陶瓷涂层表面形成了类珊瑚礁结构及短杆堆积结构.这种表面结构将有助于为骨细胞长入生物陶瓷涂层提供通道.陶瓷层与钛合金基体之间的结合强度大于37.3 MPa.合金层的最高硬度为1600 HV0.2,生物陶瓷涂层显微硬度最大值约为1300HV0.2.     

纳米SiC激光熔覆陶瓷涂层组织结构分析

将激光熔覆引入纳米陶瓷涂层工艺，进行了纳米SiC的激光熔覆试验，分析了纳米陶瓷材料激光熔覆工艺的影响因素，得到了合理的纳米SiC粉末激光熔覆工艺。通过X射线衍射(XRD)分析，扫描电镜(SEM)等手段，对所制备的纳米陶瓷涂层进行组织结构分析。试验表明：采用获得的激光熔覆工艺，能够有效缓解现有纳米陶瓷涂层工艺中材料晶粒过渡生长、致密度等问题，实现高质量纳米结构SiC陶瓷涂层制备。熔覆过程中，部分SiC纳米粉末发生分解，生成Si与C，产物保持纳米结构。     

激光熔覆纳米Al2O3复合陶瓷涂层的组织结构

研究了 4 5 #钢表面激光熔覆纳米Al2 O3 复合陶瓷涂层的微观组织结构、显微硬度和磨损特性。结果表明 ,激光熔覆层由α-Al2 O3 和TiO2 以及Al2 O3 纳米颗粒组成 ,在激光的作用下 ,消除了原来等离子喷涂层的片层状组织 ;纳米颗粒仍然保持纳米尺度 ,填充在涂层的大颗粒之间 ,起着桥连的作用 ;同时涂层气孔率的降低使涂层致密化程度得以提高 ,纳米Al2 O3涂层的显微硬度较高 ,且其耐磨性能明显优于等离子Al2 O3 +1 3%TiO2 喷涂层     

h-BN含量对激光熔覆自润滑涂层微观组织和磨损性能的影响

采用CO2激光器在H13钢基体上制备了Ni+h-BN自润滑复合涂层,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等手段分析涂层组织和相组成,利用显微硬度计和M200型摩擦磨损试验机测试了涂层的硬度和摩擦磨损性能。结果表明,Ni+5%h-BN(质量分数,下同)涂层主要是γ-Ni基体上分布着条状Cr2N相和少量不规则块状CrB相;Ni60+10%h-BN组织主要是短小的杆状CrB相;Ni60+15%h-BN涂层组织为类树枝晶CrB相。随着h-BN含量的增加,Ni+h-BN涂层的显微硬度增大,摩擦系数减小。其中最高显微硬度可达1200HV0.2,约为基底的4倍。Ni+h-BN涂层的摩擦系数和磨损失重量较Ni60涂层显著降低,最小的磨损失重量仅为基体的6%。     

激光熔覆镍基碳化钨金属陶瓷气孔问题研究

向Ni60＋25wt.% WC合金粉末中加入适量In2O3,选取合适的工艺参数,采用激光熔覆技术在A3#钢表面上获得了无气孔的高质量熔覆层。对熔覆层显微组织进行了观察和分析。In2O3能够减少Ni60＋25wt．％WC激光熔覆层气孔的原因在于加入适当比例的In2O3后能够抑制WC的分解,从而减少熔池内C的含量,减小了熔池内形成CO和CO2的可能性。     

TiC—WC—B4C—Co激光熔覆层的显微组织分析

本文叙述了用一台高功率二氧化碳激光器在２０钢表面所作的ＴｉＣ－ＷＣ－Ｂ４Ｃ－Ｃｏ金属陶瓷的熔覆实验，对熔覆层的显微组织特征和性能进行了测试和分析，并初步讨论了这种微观组织形成的原因。     

钛合金表面激光熔覆Ni-Ti-Cr-C复合涂层组织结构研究

利用横流CO2激光器在TC4表面制备出原位自生TiC陶瓷颗粒增强Ni基复合材料涂层。XRD分析表明:涂层中存在γ-Ni、β-Ti固溶体及TiC为主的陶瓷相。利用SEM、EDS、EPMA对涂层微区组织结构进行了研究。结果表明:涂层内枝晶组织细小均匀,枝晶内和枝晶间存在明显的组织和成分差异。涂层显微硬度比基体显著提高。     

钛合金表面激光熔覆NiCrBSi-TiC复合涂层的组织研究

采用CO2 激光在TC4合金表面进行了NiCrBSi TiC混合粉末的激光熔覆试验 ,利用扫描电镜和X射线衍射仪等对熔覆层的组织进行了分析 ,测试了熔覆层的显微硬度。结果表明 ,在优化工艺参数下可获得连续、均匀、无裂纹和气孔的熔覆层 ,熔覆层由TiC ,γ Ni,M2 3(CB) 6,CrB ,Ni3B等相组成。在激光熔覆过程中TiC颗粒边缘发生了溶解 ,冷却时以细小的枝晶形式析出 ,熔覆层显微硬度的平均值为Hv980。     

Ti-6A1-4V表面激光熔覆钛基复合涂层的微观组织及形成机制

Titanium matrix composite coatings were fabricated on Ti-6A1-4V substrate by laser cladding using powder mixtures of Ti Cr3C2 and Ti TiB2, respectively. The chemical compositions and mi-crostructures of the coatings were analyzed using scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectrometer (EDS) and X-ray diffraction (XRD). Microhardness was measured by a microhardness tester. The results showed that Cr3C2 particles were dissolved and deposited to form dendritic TiC in the upper section and spherical grain TiC in the bottom of Cr3C2 Ti coating. Most of TiB2 was dissolved in the molten pool by laser irradiation, then formed TiB with fine needles and coarse needles in the TiB2 Ti coating. A few quasi-melted TiB2 particles with irregular shape at the bottom of the coating were observed. The average microhardnesses were approximately HV850-V1000, HV800-V1050 in the Cr3C2 Ti and TiB2 Ti coating, respectively, which were 2-3 times higher than that of Ti-6A1-4V substrate.     

Nb2O5对铁基合金激光熔覆层裂纹敏感性的影响

在45#钢基底上进行了铁基合金和铁基合金加Nb2O5的激光熔覆对比实验.通过工艺参数和Nb2O5含量的优选,获得了成形良好、无裂纹、组织致密均匀的高质量铁基激光熔覆层.采用渗透法观察熔覆层表面裂纹,利用金相显微镜和扫描电镜观察熔覆层横断面的显微组织,使用X射线衍射仪对熔覆层进行物相分析,并测试了熔覆层的硬度.分析结果表明,G312+0.6%Nb2O5(质量分数)熔覆层组织为细小的先共晶析出的碳化物等强化相均匀分布在由γ(Fe,Ni)固溶体和多种金属间化合物组成的共晶体中,且生长方向不同.Nb2O5改善铁基熔覆层抗开裂能力的原因一方面是Nb占据晶界增强了晶界结合,另一方面,部分Nb2O5受C的还原作用生成NbC,先共晶析出,成为异质核,提高了凝固结晶过程中的形核率,使得熔覆层组织得以细化,且降低了熔体中的C浓度,减少了Cr(Fe)碳化物脆性相的体积分数,熔覆层韧性增强,裂纹敏感性降低.     

宽带激光熔覆WCp/Ni基合金梯度涂层的组织与性能

在40Cr调质钢表面采用宽带激光熔覆铸造WCp/Ni基合金梯度复合涂层,对涂层组织和性能进行了测试分析,并对其性能提高的机理进行了初步讨论。     

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。     

A3钢表面激光熔覆Fe-WC金属陶瓷复合层的研究

采用CO2激光器在A3钢表面激光熔覆Fe-WC金属陶瓷复合层.对不同Fe-WC复合粉末成分和扫描速度下熔覆层的显微组织和硬度进行了分析和测试.结果表明,粉末成分和扫描速度对熔覆层组织和硬度有显着影响.