激光熔覆层裂纹的产生和抑制方法

裂纹作为激光熔覆过程中常见的缺陷,严重阻碍了激光熔覆技术的发展和应用.熔覆层裂纹的产生是由于激光熔覆加工冷却后熔覆层与基材热膨胀系数不同,熔覆层内元素偏析等原因产生了应力,主要分为约束应力、热应力、组织应力.本文提出通过在粉末中加入陶瓷粉末或稀土元素,改良激光功率、熔覆速度等参数,对材料进行热处理,施加电磁辅助场条件等措施来降低裂纹产生率,并分析了未来熔覆层裂纹控制发展与研究的方向.     

激光熔覆层中孔隙、裂纹缺陷的形成机制及抑制方法研究进展

激光熔覆是以高能量密度的激光为热源在基体材料表面熔覆合金实现熔覆层与金属基体冶金结合的技术。激光熔覆技术控制精度高、输出功率恒定、没有电弧接触固熔池大小深度一致性好。并且激光熔覆具有效率高、热输入集中、热影响区小等特点是一种很有发展前景的金属表面改性技术。但因其冷却速度较快在熔覆层中易产生缺陷。熔覆层中的缺陷主要有裂纹、孔隙、固体夹杂、未熔合、形状缺陷等。基于国内外对熔覆层中缺陷的研究发现对熔覆层影响最大的是孔隙和裂纹。通过模拟和实验研究者们发现了孔隙、裂纹的形成原因,并通过改变加工工艺和粉末类型成功的减少了孔隙、裂纹的产生。本文从激光熔覆层中孔隙、裂纹两个缺陷出发,归纳了孔隙的生成原因及扩散方式,并从加工工艺、粉末材料出发总结了孔隙的抑制方法。其次说明了裂纹的产生原因,描述了几种影响裂纹产生的因素,总结了减少裂纹的加工工艺和一些辅助措施。最后指出了目前激光熔覆层缺陷研究中尚未解决的问题并对其未来发展方向进行了展望。     

激光熔覆碳化物/金属基复合涂层裂纹的产生与控制

介绍了控制激光熔覆碳化物/金属基复合涂层裂纹的产生的途径，通过优化激光工艺参数，优选工艺处理条件，合理设计熔覆层成分，改善基体状况来减少裂纹源，减少裂纹的产生。     

激光熔覆层裂纹的形成机理及控制措施

分析了激光熔覆层裂纹的形成机理,描述了熔覆层裂纹的宏观形貌和分类,从多方面总结了防止裂纹产生的控制措施,提出了一些解决熔覆层开裂问题的建议以及今后的研究方向和思路。     

激光熔覆层开裂问题的研究现状

本文在总结国内外激光熔覆涂层开裂研究现状的基础上，深入分析了裂纹形成机理、影响裂纹敏感性的因素，并从工艺和材料等角度阐述了防止熔覆层开裂的措施；文中还提出了纳米抗裂的新思路，并且详细介绍了这方面研究的最新成果。     

激光熔覆与等离子熔覆的镍基合金熔覆层组织和性能对比

在低碳钢等廉价金属表面熔覆一层高强高韧或高耐蚀性的熔覆层可极大提高材料的使用性能及利用率,但是不同熔覆方法对熔覆层组织和性能可能会造成不同影响。利用激光熔覆和等离子熔覆技术分别在Q345基材表面熔覆镍基合金粉末,获得具有一定厚度的熔覆层。通过对2种熔覆方法获得的熔覆层进行微观组织、冲击韧性以及耐磨损性能对比分析可知,激光熔覆镍基合金的熔覆层组织细密,冲击吸收功略低于等离子熔覆试样,但稳定性优于等离子熔覆层,耐磨损性能及表面硬度明显优于等离子熔覆层。     

激光熔覆添加碳化钨的镍基合金层的组织和硬度研究

为促进激光熔覆在金属材料表面改性中的进一步应用,利用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计和电子探针微区成分分析,研究了Q235钢基体上激光熔覆添加有WC的Ni基合金层的特性及其演变,讨论了熔覆层合金成分和显微硬度的变化规律,力求得到熔覆粉的最佳WC含量.结果表明,当添加WC低于30%(质量分数)时,激光熔覆不出现裂纹;而当WC质量分数增加到30%(质量分数)时,熔覆层平均硬度增加,出现裂纹.在熔覆层中WC完全熔化并溶解,凝固组织主要由枝晶和枝晶间共晶组成,熔覆层呈胞状或条带状快凝亚稳的两相组织.     

堆内构件钴基合金熔覆层组织及性能研究

目的 确保堆内构件的限位精度,防止由于磨损而造成关键间隙超差,在键与槽、销与键之间的配合面熔覆钴基合金层,以提高耐磨性。方法 分别通过激光堆焊、氩弧焊堆焊、氧乙炔堆焊等方法制备钴基合金熔覆层,研究熔覆层的显微组织结构、力学性能、耐腐性能等。结果 激光堆焊熔覆层、氩弧焊堆焊熔覆层、氧乙炔堆焊熔覆层的枝晶臂直径测量值分别为15.28、20.09、21.91 μm。激光堆焊熔覆层、氩弧焊堆焊熔覆层、氧乙炔堆焊熔覆层平均摩擦因数分别为0.183 598、0.461 085、0.625 683。激光堆焊熔覆层、氩弧焊堆焊熔覆层、氧乙炔堆焊熔覆层平均磨损量分别为0.54、0.90、1.43 g。结论 氩弧焊堆焊熔覆层的稀释率大于激光熔覆堆焊熔覆层、氧乙炔堆焊熔覆层的稀释率。EDS线扫结果表明,氩弧焊堆焊熔覆层的Fe含量随着层数的增加而阶梯性下降。在B含量为1 200 mg/kg、Li含量为3.4 mg/kg的H3BO3和LiOH混合溶液中,氩弧焊堆焊熔覆层的耐蚀性最弱,激光堆焊熔覆层、氧乙炔堆焊熔覆层的耐蚀性相近。激光堆焊熔覆层综合力学性能最优,氩弧焊堆焊熔覆层的次之,氧乙炔堆焊熔覆层的最差。激光堆焊熔覆层的耐磨性能最优,氩弧焊堆焊熔覆层的次之,氧乙炔堆焊熔覆层的最差。通过激光熔覆技术可以获得优质的钴基合金熔覆层,有望确保堆内构件的限位精度,防止由于磨损而造成关键间隙超差。     

钛合金表面激光熔覆Co-WC复合涂层的组织及力学性能

在钛合金TC4(Ti-6Al-4V)表面利用激光熔覆Co-WC复合涂层,利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和硬度计研究涂层的微观组织及力学性能。结果表明,Co+15%WC、Co+30%WC及Co+45%WC试样熔覆层与基体都实现了冶金结合,表层激光熔覆层涂层内组织均匀致密,没有气孔、裂纹等缺陷。而Co+60%WC试样虽然熔覆层与基体界面也为冶金结合,但是熔覆层内发生了开裂。激光熔覆Co-WC复合熔覆层的宏观洛氏硬度较TC4基体提升了2~3倍,合金粉末中WC的含量比例越高,熔覆涂层试样的宏观洛氏硬度的提升越明显。4种熔覆试样从基体到熔覆层表面,其显微硬度都是逐渐升高的趋势,熔覆层表面显微硬度达到TC4基体的显微硬度的近3倍。在Co基合金粉末中添加WC的最大含量为45%,高于45%之后,熔覆层显微硬度值下降。     

TC4合金激光熔覆材料的研究现状

TC4合金属于(α+β)双相合金,具有密度小、比强度高、耐高温、耐腐蚀、无磁、相容性好等优点,被广泛应用于航空航天领域。但是TC4合金硬度低、耐磨性差的缺点在很大程度上限制了其应用与推广,因此对TC4合金进行表面改性具有重要意义。激光熔覆是新型的表面改性技术,由于其具有可加工材料广泛、效率高、熔覆层与基体相容性好、节省材料、环保、无污染等优点,在TC4合金表面改性领域获得了广泛的应用。利用激光熔覆技术对TC4合金进行表面改性始于20世纪80年代,经过近40年的探索,学者们发现影响熔覆层质量与性能的因素有激光熔覆材料、激光工艺参数以及工艺处理条件等。在考察各种因素对熔覆层的影响后发现,激光熔覆材料对熔覆层的质量与性能起到决定性作用。根据材料成分构成可以将熔覆材料分为金属及金属合金粉末、陶瓷粉末、纳米陶瓷粉末、金属-陶瓷复合粉末及其他粉末。其中,金属及其合金具有极高的硬度,但是不耐高温,适合在400～900℃下使用。陶瓷材料具有高硬度、高熔点等特点,在激光熔覆过程中可以作为增强相使用,但是其韧性低,易产生裂纹,而纳米陶瓷材料可有效缓解界面应力集中,减少熔覆层中的裂纹、气孔等缺陷。金属-陶瓷复合材料可以借助激光熔覆技术将金属的强韧性和陶瓷材料的耐磨、耐高温性结合起来,是目前激光熔覆领域的研究热点。其他熔覆材料如稀土及其氧化物粉末、固体润滑剂粉末、包覆型粉末等具有特定的性能,在熔覆粉末中添加少量此类粉末可以显著改善其熔覆层性能。本文概述了近年来学者通过改变熔覆粉末成分来改善TC4合金表面性能的研究成果,对熔覆粉末进行了分类,介绍了各类粉末的优缺点和应用场合,指出了TC4合金表面改性存在的主要问题(开裂问题),分析了裂纹产生的原因并提出了相应的解决方案。     

多道搭接激光熔覆NiCrBSi合金层组织及性能

为了改善40Cr钢的表面状态,拓展其应用范围,采用CO2激光器及LASERCELL-1005六轴六联动三维激光加工机床在40Cr钢表面多道搭接激光熔覆了NiCrBSi合金粉末,利用扫描电镜、金相显微镜、磨损试验机、盐雾试验机等对熔覆层的组织及性能进行了研究.结果表明:激光熔覆层由熔覆区、结合区和热影响区3部分组成.多道...     

铸造镍基K3合金的激光熔覆开裂及工艺研究

研究了铸造镍基Ｋ３合金的激光熔覆过程，分析了原始组织及激光熔覆工艺参数对熔覆裂纹形成的及作用；探讨了使用激光熔覆技术对损伤的Ｋ３合金叶片进行修复的可能性。研究结果表明，Ｋ３合金中沿界分布的低熔点共晶及碳化物是引起激光熔覆开裂的主要因素，采用较高的功率密度和较快的扫描速度进行激光熔覆，可减少热影响区范围，明显地抑制熔覆裂纹的产生。     

Corrosion behavior of Al0.4CoCu0.6NiSi0.2Ti0.25 high-entropy alloy coating via 3D printing laser cladding in a sulphur environment

High-entropy alloys(HEAs) are of great interest in materials science and engineering communities owing to their unique phase structure.HEAs are constructed with five or more principal alloying elements in equimolar or near-equimolar ratios.Therefore,they can derive their performance from multiple principal elements ratherthan a single element.In this work,three-dimensional printing laser cladding was applied to produce an Al_0.4CoCu_0.6NiSi_0.2Ti_0.25 HEA coating.The experimental results confirmed that the laser cladding could be used to produce a thin coating of 120 μm in thickness.In the high-temperature laser cladding process,some Fe elements diffused from the substrate to the coating,forming a combination of face-centred cubic and body-centred cubic phase structures.The HEA coating metallurgically bonded well with the substrate.Owing to the increased dislocation density and number of grain boundaries,the HEA coating was harder and had a stronger hydrophobicity than X70 steel.The electrochemistry results showed that the HEA coating had better corrosion resistance than X70 steel.Aluminium oxides formed on the surface of the HEA coating had a certain protective effect.However,because of the laser cladding,the HEA coating generated cracks.In future work,the laser cladding technology will be improved and heat treatment will be implemented to prevent formation of cracks.     

钛合金表面三种预涂材料的激光熔覆研究

为提高钛合金的表面耐磨性能,分别以NiCrBSi、NiCrBSi B4C和B4C Ti三种材料体系为预涂粉,在Ti-6Al-4V表面涂覆不同厚度的预涂层,采用CO2激光器进行激光熔覆工艺研究.在相同激光熔覆工艺条件下,对不同材料体系的涂层质量进行观察与分析,确认NiCrBSi B4C材料涂层是三种材料体系中最好的.在激光熔覆过程中,NiCrBSi B4C材料中的B4C和Ti发生反应,原位生成增强相,对涂层有强化作用.而且,NiCrBSi的加入控制了原位反应的剧烈程度,减少裂纹和气孔,保证了涂层质量.     

镍基合金激光熔覆层的热裂纹及预防措施研究

分析了铸造镍基合金表面激光熔覆层热裂纹产生的原因和特点,探讨了传热变质剂对熔覆层结晶裂纹的抑制作用.     

铝青铜表面激光熔覆镍基涂层的组织与磨损性能

为了改善铜合金表面的耐磨性能,利用超音速火焰喷涂和激光重熔技术在铝青铜上制备了镍基涂层。分析了激光熔覆层的微观组织,测试了其显微硬度及磨损性能。结果表明:熔覆层组织致密、无裂纹,与铝青铜形成了良好的冶金结合;从熔覆层表层到基体热影响区,组织呈现出由细小的柱状晶→胞状晶、树枝晶→平面晶过渡;激光熔覆层磨损量约为铝青铜的1/4,熔覆层耐磨能力的增强归因于熔覆层与铝青铜间良好的冶金结合及基体与涂层元素固溶强化和碳化物等析出相的强化作用。     

45钢表面Ni基激光熔覆层的耐蚀性能

为改善45钢表面的力学性能和耐蚀性,在相同功率下采用不同扫描速率在其表面激光熔覆制备了Ni基(Ni35A)复合涂层。利用金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计和电化学腐蚀测试系统对熔覆试样进行组织形貌、相组成、显微硬度和耐蚀性能分析。结果表明:熔覆试样由熔覆层、结合区和基体3部分组成;熔覆层组织细密并与基体冶金结合,扫描速率过大时易形成裂纹;熔覆层主要由FeNi3和Ni3B相组成,不同速率所得熔覆层显微硬度均超过400 HV;扫描速率为500 mm/min时熔覆试样自腐蚀电位提高了40 mV。     

钛合金表面激光熔覆Ni基梯度涂层的研究

为了改善Ti6Al4V钛合金表面耐磨性能和抗高温氧化性能,采用CO2激光在Ti6Al4V钛合金表面进行激光熔覆Ni基梯度涂层试验.利用扫描电镜和显微硬度计等手段分析了熔覆层组织,测试了基体和熔覆层的显微硬度.结果表明,采用适当的工艺参数,可以在钛合金表面获得连续、均匀、无裂纹和气孔的熔覆层.熔覆层组织由树枝晶和晶间共晶组织构成,并与基体形成牢固的冶金结合.由基体到表面,显微硬度过渡平稳,呈明显梯度渐变特征.     

中锰铁基合金激光熔覆层组织和接触疲劳性能

为了探讨齿类零件表面接触疲劳损伤后的修复技术,在45钢表面激光熔覆了一层中锰铁基合金。分别采用扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、HVS-1000型显微硬度计和JPM-1型接触疲劳试验机分析了中锰铁基合金熔覆层的显微组织,测试了其显微硬度和接触疲劳性能。结果表明:中锰铁基合金熔覆层与基体间形成了冶金结合,且其熔覆层无裂纹、气孔等缺陷;中锰铁基合金熔覆层的显微硬度为500~600HV,比渗碳层具有较高的抗接触疲劳性能,能够满足齿类零件的性能要求。