激光重熔对材料表面激光熔覆层的影响

熔覆层中的裂纹是激光熔覆技术应用的主要障碍。为了提高熔覆层的性能,抑制裂纹扩展,采用CO2激光器在45钢表面激光熔覆了Ni25合金粉末,然后采用不同工艺参数对熔覆层进行激光重熔处理研究。实验结果表明,激光重熔能够减少熔覆层中的裂纹和气孔,使熔覆层表面变的平整,颗粒状组织消失。较慢的激光扫描速度更有利于降低熔覆层的残余应力,减少缺陷。激光重熔后材料表面的显微硬度有所降低。研究结果对激光熔覆技术的应用具有实用价值。     

激光重熔对高速激光熔覆Ni625合金涂层组织和耐蚀性的影响

利用高速激光熔覆在2Cr13钢基体表面制备了Ni625合金涂层,并对涂层进行了激光重熔处理。采用粗糙度仪、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线残余应力仪、电化学工作站及盐雾试验等分析了激光重熔前后涂层的宏观形貌、微观组织、残余应力及耐蚀性能。结果表明：激光重熔后,涂层表面粗糙度降低到1.76μm,降幅达86%,熔覆层更趋致密且表面平整度提升明显;激光重熔后涂层近表面区域的树枝晶间距减小,晶粒明显细化,重熔后熔覆层中的物相不变,主要由γ-(Ni, Fe)韧性相、Cr₂Ni₃相及少量M₂₃C₆硬质相构成;重熔前后涂层表面均为压应力,重熔态涂层表面的残余压应力水平略有下降;重熔态涂层的自腐蚀电位比基体提高约0.243 V,比熔覆态涂层提高约0.121 V;基体、重熔前后涂层试样的容抗弧半径和阻抗模值依次增大;经过96 h盐雾腐蚀试验后,重熔态涂层的质量损失率与基体和熔覆态涂层相比分别降低了94.1%和66.8%;分析认为重熔态Ni625涂层耐蚀性的提高归因于激光重熔处理后...     

重熔及退火对316L不锈钢激光熔覆层残余应力的影响

选用316L不锈钢粉末在Q235钢板上进行激光熔覆,并对熔覆试样进行了激光重熔和退火处理。利用盲孔法对熔覆层及基体的残余应力进行测试,采用光学显微镜、维氏硬度计对熔覆层进行微观组织观察和硬度测试。结果表明,激光重熔后熔覆层组织结构未发生显著改变;熔覆层经600 ℃退火2 h后晶粒有轻微长大,经800 ℃退火2 h后发生再结晶,枝状晶数量减少。经过激光重熔和退火工艺后,显微硬度仍维持较高值。激光重熔最多能使残余应力降低55.9%,而合理的退火处理工艺能使残余应力降低70%以上, 800 ℃退火2 h时残余应力的改善效果最显著,残余应力降低了83.8%。     

工艺路径对多层多道激光熔覆残余应力的影响

采用盲孔法测量Q345钢块表面多层多道激光熔覆Co基涂层的残余应力,研究了熔覆工艺路径对激光熔覆残余应力的影响.结果表明,平行焊道方向的残余应力远大于垂直焊道方向的应力,且均为拉应力;增加激光熔覆层单层厚度,熔覆层及试板背部基材残余应力明显增大.与两层熔覆层激光焊道平行叠加的熔覆路径相比,采用两层熔覆层垂直交叉的熔覆工艺路径,降低了熔覆层的残余应力,采用分区熔覆且每个区域各熔覆层垂直交叉堆焊的熔覆工艺路径,熔覆层残余应力水平最低;熔覆前对试板进行2 mm的预弯变形对涂层残余应力影响不明显,但显著降低了试件背面的残余应力.     

激光熔覆Inconel718合金裂纹分析及裂纹控制研究

目的 针对K418合金表面激光熔覆裂纹萌生、元素偏析等难题,探究裂纹萌生与元素偏析之间的关系,利用后处理工艺进行裂纹的修复及偏析现象的控制。方法 在K418合金表面激光熔覆了Inconel718合金,以基体及熔覆材料的热物性参数和界面元素匹配性为出发点,对熔覆中裂纹的敏感性进行了分析。结果 合金元素的偏析造成了裂纹的萌生与扩展。基体热影响区裂纹的形成与热影响区内析出的块状碳氮化物有关,熔覆层裂纹与枝晶间析出的不规则链状Laves相有关。采用激光重熔工艺对熔覆层进行了后处理,试验结果表明,重熔后的组织致密,晶粒细小均匀,无裂纹及粘粉等明显缺陷。激光重熔减少了基体热影响区及熔覆层中因元素偏析产生的碳氮化物及Laves相的尺寸及数量,重熔后覆层的摩擦因数为0.55,比重熔前下降了49.5%,具有良好的减摩特性;磨损率为3.15×10-4 mm3/(N?mm),比重熔前下降了37.5%,耐磨性能得到提升。结论 激光重熔技术可以愈合K418激光熔覆Inconel718合金的裂纹,并显著降低涂层的元素偏析程度。     

后处理对高速激光熔覆表面性能的影响

液压立柱表面镀铬涂层易出现微小裂纹并导致涂层剥落,对煤矿生产造成安全隐患。为强化液压立柱表面性能、提高液压立柱使用寿命,利用高速激光熔覆技术在27SiMn钢表面制备铁基耐腐蚀熔覆层,并对熔覆层进行车-滚后处理提升强化熔覆层表面性能。使用扫描电子显微镜、形状测量激光显微镜、显微硬度计、电化学工作站等对高速激光熔覆层、车削及不同滚压力作用后的熔覆层微观组织、表面粗糙度、残余应力、显微硬度、耐腐蚀性能进行研究分析。结果表明：初始熔覆层显微组织致密,无明显孔隙、裂纹等缺陷,从结合处到表面依次为平面晶、树枝晶、等轴晶;滚压加工的“削峰填谷”效应使熔覆层表面发生塑性变形,滚压力为2.8 MPa时,表面轮廓平整,表面粗糙度降低至0.768μm;熔覆层硬度随滚压力的增大而增加,熔覆层顶部出现明显的塑性变形区和硬化层;车-滚复合加工使熔覆层表面残余应力由拉应力状态转变为压应力,滚压力增大,残余压应力先增大后减小;车-滚复合加工使熔覆层表层晶粒细化,增强Cr元素扩散,提高耐蚀能力,但过大的滚压力使熔覆层表面损伤,耐蚀能力下降。车-滚后处理工艺有效提升了熔覆层表面性能,可为高速激光熔覆高效低成本的后处理工艺...     

45钢表面激光熔覆铁基和镍基合金涂层的比较研究

采用激光熔覆工艺45钢表面分别制备铁基和镍基合金涂层,利用扫描电镜、硬度计等分析了熔覆层的显微组织和硬度指标。结果表明:在相同的激光功率及送粉量的条件下,得到的镍基合金熔覆层的厚度远远高于铁基;铁基合金熔覆层中呈现明显的树枝晶形貌,镍基合金熔覆层中存在胞状晶形貌,并存在较多的裂纹缺陷。镍基合金涂层的硬度较高。     

环形束激光熔覆CuPb10Sn10减摩涂层组织性能调控

目的 为了从原理上改良汽车关键零部件特定表面的减摩性能,提出环形激光熔覆高质量CuPb10Sn10铜合金异质涂层提升零部件耐磨减摩性能的方法。方法 设计单层熔覆、顶部重熔、逐层重熔3种制备方案,采用环形束激光熔覆技术在42CrMo钢表面制备熔覆层。分析试样的表面形貌、孔隙率、物相构成,并分析熔覆层–基材的结合强度及耐磨减摩效果。结果 基于环形激光熔覆单层熔覆层设计的逐层重熔和顶部重熔制备工艺方法均能在42CrMo钢表面实现厚1mm减摩涂层的成功制备。单层熔覆在熔覆过程及环境参数改变范围内的质量提升效果有限,缺陷分布明显且难以控制;顶部重熔过程中热量分布特征导致的Marangoni效应未使熔覆质量实现有效优化,熔覆层内部孔洞、裂纹、热影响区（HAZ）等缺陷未显著减少;逐层重熔法制备的熔覆层质量大幅提升,制备过程显微组织变化过程为：不均匀网状分布–独立棒状分布–“芝麻”状分布,且发现“芝麻”状分布SPP（富铅第二相粒子）的减摩效果优于独立棒状分布SPP。熔覆层出现偏析分层,且凝固过程晶粒长大生成柱状枝晶。逐层重熔法制备的CuPb10Sn10熔覆层孔隙率不高于0.5%,摩擦因数较原始基材表面...     

扫描速度对Ti6Al4V合金表面激光熔覆Ni基复合涂层组织及性能的影响

在Ti6Al4V合金表面进行了激光熔覆Ni包MoS_2/NiCrBSi复合涂层的试验,利用OM、SEM、EDS等分析了扫描速度对熔覆层宏观形貌、显微组织、显微硬度、裂纹敏感性的影响,为合理选择激光熔覆工艺参数提供了理论依据。试验结果表明,在其他工艺参数不变的条件下,随扫描速度的增大,熔覆层宽度、厚度、基底材料熔化深度、热影响区深度均减小;显微组织细化,结合区胞状晶逐渐消失;涂层的显微硬度降低,裂纹敏感性增大。     

20#钢激光熔覆-重熔Ni基涂层及其高温磨损行为

应用激光熔覆法,采用镍基NiCrSiB粉末,在20#钢表面制备了熔覆涂层,并用激光重熔涂层。观察了熔覆-重熔层的形貌,检测了其相组成和高温耐磨性能,结果表明:所制得熔覆-重熔层组织均一、致密,与基体形成了良好的冶金结合;经重熔处理后,熔覆层表面的裂纹显著减少;熔覆-重熔层的硬度提高到基体的5倍,高温磨损率约为基体的1/3。熔覆-重熔层耐磨能力的增强除因其与基体形成了良好的冶金结合和硼化物、硼碳化物等析出相的强化作用外,也是重熔减少微裂纹的结果。     

熔盐氯化在氯化法钛白工业中应用的体会和看法

通过以钛合金表面上预涂敷一定比例的ＣａＨＰＯ４．２Ｈ２Ｏ－ＣａＣＯ３混合粉末及相应的过渡层并进行激光熔覆处理，获得了以ＴＣ４为基的含羟基磷灰石（ＨＡ）的生物陶瓷涂料复合材料，同时研究了稀土元素的加入对于生物陶瓷涂层组织的影响，结果表明：Ｙ２Ｏ３不仅对涂层组织有细化作用，而且对激光合成ＨＡ有催化作用并能使ＨＡ相结构保持稳定。     

温度计算基础上的激光熔覆过程临界扫描速度的探讨

激光熔覆过程中,激光扫描速度是直接影响熔覆层质量的重要工艺参数,只有当激光扫描速度小于熔覆临界扫描速度时,才有可能实现熔覆过程.文中以熔覆层与基体交界处的点的温度计算为基础,分别利用传统经典焊接理论和有限元法对激光熔覆过程中的临界扫描速度进行计算.计算结果表明,有限元法得到的临界扫描速度更接近实际情况.     

激光能量密度对Al2O3颗粒增强Ni60A激光熔覆涂层组织及性能的影响

目的 实现钛合金表面强化和正向改性,扩大钛合金应用范围。方法 采用预置粉末法在钛合金表面制备Ni60A-Al₂O₃激光熔覆层,通过改变激光功率,进而研究激光能量密度对Ni60A-Al₂O₃熔覆层横截面形貌、微观组织、元素分布、显微硬度以及耐磨性和耐腐蚀性的影响规律。结果 激光能量密度对熔覆层的平整性、成形性有着直接影响。不同激光能量密度下的熔覆层微观组织相似,但在125 J/mm²下,熔覆层形成的陶瓷增强相分布更均匀,且杂质相衍射峰面积较小,元素分布更均匀。此时,熔覆层的力学性能也最好,平均显微硬度值为1132.7HV0.2,较基体硬度提升约3.3倍,摩擦系数最小,且波动较平稳,磨损率也最低,具有较好的减摩性和耐磨性。125J/mm²下熔覆层形成的陶瓷增强相TiC、TiB₂既能作为不良导体降低电化学腐蚀速率,又由于分布均匀而避免应力集中引发裂纹,较其他激光能量密度下的熔覆层具有较好的耐腐蚀性。结论 利用控制变量法探究激光能量密度对Ni...     

球墨铸铁变换激光束淬火性能的研究

采用经过二元光学元件变换呈二维点阵7×7分布的脉冲激光束对球墨铸铁材料进行表面淬火处理,研究激光参数变化对铸铁表面的粗糙度、硬化层深度、显微硬度和耐磨性等的影响。结果表明,在一定的能量范围内,随着能量的增加,粗糙度略呈增长的趋势,硬化层深也略有增加,并存在一个硬化层深极限值。硬度峰值差别很小,而相变硬化区差别则很大。耐磨性试验表明,随着能量的增加,耐磨性有提高的趋势。     

扫描路径对激光烧结温度场的影响

在综合考虑材料热物性参数随温度变化以及相变潜热的情况下,建立选择性激光烧结的三维有限元模型,利用APDL语言实现激光热源的移动,分析分形路径和S形路径两种情况下温度场和熔池的分布情况。模拟结果表明:分形扫描的激光烧结温度场比S形扫描的温度场分布均匀,温度梯度小,结合牢固,烧结质量高。此结论与先前的实验结果相吻合。     

激光功率与扫描速度对选区激光熔化钴铬合金组织性能的影响

目的 明确选区激光熔化钴铬合金中激光线能量密度、激光功率和激光扫描速度对成形件组织、性能的影响,探究优化工艺参数的方法。方法 基于ANSYS有限元软件模拟选区激光熔化过程中熔池尺寸的基础上,通过金相显微镜分析了熔池尺寸和显微组织,电子背散射衍射分析了晶粒尺寸,使用力学试验机和洛氏硬度计研究了试样的力学性能。结果 随着线能量密度降低,成形件的熔池尺寸、晶粒大小、冷却速度和力学性能降低。但在激光线线能量密度为0.242 J/mm的条件下,扫描速度为1 200 mm/s时成形试样的致密度为98.7%,抗拉强度为867 MPa,延伸率为6.5%,其力学性能均高于扫描速度为950 mm/s时成形的试样,与线能量密度更高的0.263 J/mm成形条件下250 W+950 mm/s的成形试样力学性能相近。结论 激光线能量密度是影响选区激光熔化钴铬合金熔池尺寸和组织性能的关键因素,但熔池尺寸与激光线能量密度没有线性关系。相同的线能量密度下,增加激光扫描速度,有利于获得大的熔池尺寸和冷却速度,提高成形件的致密度和降低晶粒尺寸,最终使成形件力学性能提高。     

Ce对送粉激光熔覆层组织和性能的影响

研究了送粉激光熔覆添加Ｃｅ的可能性和对组织、性能的影响。结果表明：Ｃｅ可以劝化组织，提高熔覆层的显微硬度和耐磨性。     

超声振动对激光熔覆涂层组织与性能的影响

目的改善传统激光熔覆涂层中常出现的气孔和裂纹等缺陷,提高涂层整体质量和使用性能。方法首先利用粘接剂将镍包WC合金粉末预置于Q235基体材料上,采用正交试验得到的最优参数(激光功率P=1600 W,光斑直径d=5 mm,扫描速度ν=4 mm/s)进行熔覆试验,整个熔覆过程使用20 kHz的超声波发生器,以空气为载体,向激光熔池中同步施加超声振动,然后分别使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度仪及万能摩擦磨损试验机(UMT),对涂层的显微组织、元素成分及物相、显微硬度和耐磨性能进行测量分析。结果施加超声振动后涂层的晶粒更加细小,主要由细小等轴晶和少量枝晶组成,涂层中气孔和裂纹明显减少,Cr、Ni、W、C等元素分布趋于均匀,涂层物相主要由固溶体γ-(Ni, Fe)、金属间化合物Ni3Fe、WC、Cr23C6等组成。施加超声振动后涂层平均显微硬度为937HV,与未施加超声振动的涂层相比提高了13%,摩擦系数为0.43,降低了约26%,耐磨性能提高了44%。结论利用空载式超声振动辅助激光熔覆,可使制备出的涂层质量显著改善,微观组织更加致密,硬度、耐磨性得到提升。     

钛合金表面激光重熔高温抗氧化涂层温度场仿真

利用ANSYS有限元软件,综合考虑了材料的物性参数、换热系数、相变潜热以及激光的热源模型,建立了TC4钛合金表面激光重熔NiCoCrAl-Y2O3涂层连续移动三维温度场有限元模型.在不同的激光工艺参数下,通过数值模拟,所得到的模拟结果和实验结果相吻合,表明所建立的计算模型是正确可靠的.并且所得到的数值模拟结果可为制备高性能的NiCoCrAl-Y2O3涂层优化工艺参数提供依据.     

45kW CO2激光器大面积CSiB+NiMoCo合金化研究

用45kWCO2激光器在XC38碳钢上激光合金化获得了表面光洁、无氧化和无裂纹缺陷的大面积合金化层。合金化区的微观组织由马氏体、残留奥氏体和多元共晶所组成,其硬度为61～65HRC。保护气体对于激光合金化结果有明显的影响。与氩气和氮气保护比较,氦气保护能产生最好的表面光洁度、最细化的微观组织(二次臂间距SAD,Ar∶N2∶He=1∶1∶06)、最高的冷却速率(Ar∶N2∶He=1∶11∶4)、最高的表面硬度(HV02,Ar∶N2∶He=1∶114∶115)、最多的合金元素溶解率(Ar∶N2∶He=1∶11∶15)。这些结果可以用3种气体的物理特性之间差别来很好解释。