铁基激光熔覆层的微观结构和摩擦磨损性能研究

选择市售的3种铁基粉末为原料(X₁~X₃),利用激光熔覆技术在45钢表面制备了3种熔覆层,研究了熔覆层微观结构和摩擦磨损性能,并选择电镀硬铬作为对比。结果表明,3种熔覆层组织致密,由α'马氏体、残余奥氏体和δ铁素体组成,其中X₁粉末熔覆层树枝晶更发达,晶粒更细小; X1粉末熔覆层硬度明显高于X₂、X₃粉末熔覆层,但低于电镀硬铬; 此外,3种熔覆层干摩擦系数虽与电镀硬铬接近,但耐磨性均明显优于电镀硬铬,且与其硬度呈正相关关系,磨损机理以磨粒磨损和疲劳磨损为主。     

铝青铜表面激光熔覆层的润滑摩擦性能

采用激光熔覆技术在QAl9-4铝青铜表面熔覆生成一层合金层,对激光熔覆后QAl9-4铝青铜试样和未经过激光熔覆处理的QAl9-4铝青铜在润滑条件下的摩擦性能进行对比分析.结果表明,激光熔覆后的试样摩擦因数和磨损体积都比未经过处理的试样低.激光熔覆层的高耐磨性主要取决于其存在强化相,在润滑条件下磨损失效形式主要为磨粒磨损,但随着摩擦速度的增加,材料表面逐渐产生粘着磨损.由于激光熔覆层基体强度高,以及强化相在润滑摩擦过程中形成高强度的骨架和光滑的支撑面,摩擦过程中形成的犁沟又具有存储润滑油的作用,因此激光熔覆层表现出很好的润滑摩擦磨损性能.     

激光熔覆镍基纳米Al_2O_3复合涂层的组织和摩擦性能

采用激光熔覆技术在45钢基体上制备了镍基纳米Al2O3复合涂层,对熔覆层进行了微观组织分析和显微硬度及摩擦性能测试.结果表明,激光熔覆层的组成相主要为γ(Fe,Ni)、Cr7(B,C)3、Al15Fe4等,熔覆层的显微硬度HV0.3最高达到830,熔覆层与纯铝试件对摩时的磨损机制为粘着,并且随pv值增大时,粘着现象加剧,摩擦因素增大.     

激光熔覆镍基纳米AI2O3复合涂层的组织和摩擦性能

采用激光熔覆技术在45钢基体上制备了镍基纳米AI2O3复合涂层,对熔覆层进行了微观组织分析和显微硬度及摩擦性能测试。结果表明,激光熔覆层的组成相主要为γ（Fe,Ni）、Cr7（B,C）3、Al15Fe4等,熔覆层的显微硬度HV0.3最高达到830,熔覆层与纯铝试件对摩时的磨损机制为粘着,并且随pv值增大时,粘着现象加剧,摩擦因素增大。     

Mo对铁基合金激光熔覆层组织与性能的影响

采用半导体激光器激光熔覆含有10%Mo的铁基合金熔覆层,借助Leica DM2700M金相显微镜、HVS-5Z数显显微硬度计、WTM-2E可控气氛微型摩擦磨损试验仪、FA2004B高精度电子天平对熔覆层的组织、硬度、摩擦因数及失重量进行了分析。实验结果表明:Mo单质的添加明显增加熔覆层组织的结核率,细化熔覆层组织;Mo单质的添加增强了熔覆层变形的位错阻力,提高了熔覆层的硬度,最高硬度达到HV774;添加Mo单质能够提高熔覆层的变形能力,降低熔覆层的摩擦因数,并且熔覆层组织细化和均匀性提高了摩擦因数的稳定性。熔覆层的失重量远小于基体的失重量。     

搭接率对激光熔覆TC4合金熔覆层耐腐耐磨性能影响

为了探究多道激光熔覆搭接率对熔覆层耐腐耐磨性能的影响,采用高功率半导体光纤耦合激光器以搭接率为变量制备单层多道熔覆涂层,通过分析不同工艺参数熔覆层和基材的硬度曲线、显微组织、极化曲线、摩擦磨损来判断工艺参数与组织和性能之间的关系。结果发现,激光熔覆可以显著提高TC4合金硬度的同时耐磨性能也要优于基材,熔覆层硬度可以达到500 HV左右,相比于基材的硬度提高约25.7%。对激光熔覆TC4合金来说搭接率的变化对内部相的构成无明显的影响,主要由α相和α′相构成,内部可以看到有原始β相晶粒存在,在晶粒内部马氏体组织相互交错呈网篮结构。与基材相比熔覆层的组织更为细密具有更好的耐蚀性。     

叶片等离子熔覆层显微组织及其耐磨性研究

利用等离子束表面熔覆设备,在煤矸石制砖搅拌机叶片表面熔覆含硼铁基合金粉末,得到呈冶金结合的熔覆层,并对熔覆层的显微组织及其耐磨性进行了研究.结果表明:熔覆层由弥散分布的(Cr,Fe)2B,Fe2B,Mo2C,Fe23(C,B)6相和γ-(Fe,Ni)枝晶组成,其表面硬度平均值为67HRC.磨损试验表明,熔覆层的耐磨性分别是叶片基体和K400耐磨钢的6.9倍和6.3倍.工业性试验表明,和未熔覆的叶片相比,熔覆后叶片使用寿命可提高3～4倍.     

扫描速度对车用316L不锈钢熔覆层组织及力学性能的影响

采用不同激光扫描速度在304不锈钢表面制备了316L熔覆层，通过金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜及显微硬度计分别对316L熔覆层宏观形貌、相组成、微观组织及显微硬度进行研究。结果表明，316L熔覆层呈单相奥氏体结构，随着扫描速度升高，激光功率密度降低，热输入减小，冷却速度加快，熔覆层晶粒尺寸减小。熔覆层显微硬度与扫描速度成正相关，其中扫描速度1 400 mm/min制备的316L熔覆层显微硬度最高，为275HV_0.3。熔覆层显微硬度的升高是晶格畸变导致的固溶强化和细晶强化的协同作用引起的。磨损试验结果表明，316L熔覆层平均摩擦系数显著低于304不锈钢基体，扫描速度1 400 mm/min制备的316L熔覆层摩擦系数为0.424,磨损率为2.29×10^-6mm³/(N·m),磨损机理为磨粒磨损。     

矿用活柱表面激光熔覆强化技术的研究

采用激光熔覆技术对矿用活柱表面进行强化,利用金相显微镜、显微硬度计、EDS能谱分析等方法对激光熔覆层的显微组织、元素成分、显微硬度进行研究和分析。结果表明:激光熔覆层的显微组织主要以细小均匀的等轴晶和树枝晶为主,激光熔覆层中的Cr含量达16%以上,激光熔覆层表面的显微硬度达HV630,约为基材的2.5倍,硬度和耐腐蚀性能提高显著。     

截齿镍基钴包碳化钨激光熔覆涂层磨损性能研究

为解决掘进机截齿的磨损失效问题, 在截齿表面激光熔覆高耐磨的镍基(Ni)钴包碳化钨(WC-Co)涂层。以42CrMo钢为基体, Ni60B商用粉末为粘结相, 纳米WC-Co为增强相, 激光熔覆获得WC-Co陶瓷颗粒增强Ni基复合涂层。利用MM200环块磨损试验机, 测试熔覆涂层在干摩擦和水摩擦环境下的耐磨性能。采用显微硬度计测量涂层磨损前后的表面硬度, 电子扫描显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等观察熔覆涂层磨损前后的显微组织结构和成分变化。结果表明, 激光熔覆涂层可以提高截齿的耐磨性能, 磨损后熔覆层中的细小析出相起到了弥散强化作用, 熔覆层的表面显微硬度提高了10%。相同磨损条件下, 干磨损涂层硬度高于水磨损涂层硬度。     

42CrMo表面等离子熔覆层组织与性能研究

采用等离子熔覆技术在42CrMo表面制备耐磨合金层,通过金相显微镜、X射线衍射仪对熔覆层显微组织及物相进行观察分析,采用维氏硬度仪测量熔覆层金属的显微硬度,选用磨损试验机对熔覆层金属耐磨性能进行检测。结果表明:与等离子熔覆制备1Cr13合金层相比,通过等离子熔覆-注入技术制备1Cr13-B4C复合合金层,其熔覆层显微组织晶粒细化,硬度与耐磨性能显著提高。     

改性酚醛树脂对摩擦片制动性能的影响

采用热压烧结技术制备了以酚醛树脂、腰果壳油改性酚醛树脂以及环氧改性酚醛树脂为基体的3种树脂基摩擦片试样(依次为试样A、试样B和试样C)。利用环-块摩擦磨损试验机研究这3种试样在不同制动速度、不同压力下的性能,并采用JSM-IT300扫描电镜对它们的磨损表面形貌进行分析。结果表明:试样B表面显微结构较为密实,没有空洞和裂纹,不同组分均匀分布于基体中,并且在不同制动条件下具有较为稳定的摩擦因数和较小的磨损率,对偶制动轮磨损也较小;3种试样摩擦表面均有摩擦膜的形成,试样A的摩擦膜形成较差,磨损机理表现为粘着磨损和磨粒磨损,且以磨粒磨损为主;试样B的摩擦膜较为平整均匀,磨损机理主要为微犁沟和疲劳剥落;试样C的摩擦膜形成依托于硬质相,磨损机理为磨粒磨损。     

激光熔覆技术在高腐蚀环境下液压支架的试验研究

基于激光熔覆技术在高腐蚀性煤矿环境下液压支架中的应用情况,选取铁基不锈钢为研究对象,采用ICP-AES法测试不锈钢中的化学成分,以金相组织、SEM图像表征熔覆层的微观结构,通过洛氏硬度法、盐雾试验法研究了化学成分元素对熔覆层硬度和耐腐蚀性能的影响,并探讨了激光熔覆后的加工工艺方案。结果表明,熔覆层与基体分界明显,呈现良好的冶金结合;金相组织结构为灰白色马氏体,呈现树枝状结晶和椭圆、块状分布;随着不锈钢粉末中Cr、Ni、Co等抗腐蚀合金元素的增加,熔覆层的耐腐蚀性能逐渐提高;调节不锈钢粉末中元素B、C的含量可以改变熔覆层的硬度,但B对熔覆层硬度的影响比C更明显;为保持良好的耐腐蚀性能,熔覆层硬度控制在HRC 50~55为最佳。通过对成本、效率分析研究,认为车-磨-抛光是激光熔覆最优的加工方案。     

激光熔覆TiC增强镍基熔覆层的微观组织与耐磨性研究

选择微纳尺度TiC为增强相、镍粉为基体粉,利用激光熔覆技术制备TiC增强镍基熔覆层,考察了TiC对熔覆层微观结构和耐磨性的影响。结果表明,镍基熔覆层组织以γ-Ni和TiC为主;高TiC含量时易引起熔覆层顶部TiC偏聚;随着TiC含量增加,熔覆层的硬度逐渐增大且表层硬度升高更为明显;三体磨损实验结果表明,复合熔覆层的耐磨性随着TiC含量升高而降低,表明冲击载荷下脆性增强相不利于提升熔覆层的耐磨性。     

激光熔覆工艺参数对高速钢涂层性能的影响

通过激光熔覆技术,在316L不锈钢表面制备了高速钢涂层。研究了送粉速度和扫描间距(搭接率)对熔覆层性能的影响。结果表明,在送粉速度0.4 r/min、扫描间距0.9 mm时,熔覆层性能较佳。熔覆层表面平滑,无球化缺陷,与基体之间冶金结合良好; 熔覆层内部组织紧密,无气孔和浮渣等缺陷。熔覆层组织结构从下至上依次为平面晶、柱状晶和等轴晶。熔覆层由α-Fe和碳化物组成,且碳化物分布均匀,无明显偏析。熔覆层平均硬度为基体的3.68倍。熔覆层动摩擦系数分布曲线波动小,明显低于基体动摩擦系数。     

激光功率对27SiMn不锈钢立柱熔覆层耐蚀性能的影响

随着高功率激光器的使用,激光熔覆不锈钢立柱表面抗腐蚀性能降低的问题多有显现,为探讨高功率激光器熔覆工艺下的锈蚀原因,使用能量密度不同的3、6、8 kW激光器进行试样制备,通过中性盐雾试验选取典型试样进行电化学腐蚀、金相组织分析、能谱检测、微观硬度检测。结果表明,激光熔覆过程中能量密度越高,熔覆层显微组织差异越大,且耐蚀性能越差;不同功率密度下,熔覆层中的Cr平均含量无明显差异,但随着激光熔覆能量密度增大,Cr偏析越严重,形成碳化物越多,熔覆层平均硬度越高,耐蚀性能越差。     

液压支架活塞杆修复再制造后熔覆层组织与性能的研究

采用微弧等离子熔覆技术对液压支架活塞杆表面进行修复再制造,然后对其熔覆层进行显微组织分析,并测试熔覆层的硬度、磨损、腐蚀等性能。实验表明:液压支架活塞杆表面经修复再制造后,熔覆层不同位置处显微组织不同,其硬度平均值达52 HRC,相对耐磨性约为基材的3.27倍,相对耐腐蚀性约为基材的6.61倍,这说明修复再制造后熔覆层性能良好,且液压支架活塞杆使用寿命明显延长。     

两种铁基激光熔覆层组织与性能的分析

通过对激光熔覆铁基合金进行成分设计和试验,获得了无裂纹熔覆层,分析研究了两种熔覆层物相组成、显微组织及其性能。结果表明,两种熔覆层组织均匀,均为细密枝晶组织;两种熔覆层的组织主要由γ-Fe、α-Fe、Fe0.64Ni0.36、FeNiCrC组成,随着Cr含量的增加,熔覆层中 α-Fe 增加,而γ-Fe减少,且表面硬度降低,但腐蚀性能随着Cr含量增加而显著增强。     

NbC添加量对风电部件用316L熔覆层组织及耐磨性的影响

采用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备了316L+x%NbC(x=0,5,10,15)熔覆层,研究了NbC含量对熔覆层相组成、微观形貌、显微硬度及磨损行为的影响。结果表明,NbC含量为5%～15%时,熔覆层相组成为NbC、Cr₇C₃和γ-Fe;添加NbC后,316L基体组织显著细化;少量Nb元素固溶在γ-Fe相中,形成间隙固溶体。添加NbC,熔覆层显微硬度、耐磨性大幅提升,摩擦因数、磨损率显著下降,其中316L+15%NbC熔覆层显微硬度高达381HV_0.3,平均摩擦因数为0.437(比316L熔覆层降低了41%),磨损率为2.95×10⁶μm³/(N·m)(约为316L熔覆层的50%)。     

激光熔覆层裂纹的影响因素

对激光熔覆层裂纹形成的影响因素进行了研究,激光熔覆试验结果表明:熔层组织中共晶组织和熔覆层底部粗大的树枝晶是熔覆层的薄弱区,易于产生裂纹;在熔覆前后或进行过程中,对基材进行预热处理,可有效消除或减少熔覆层中的裂纹;增大激光功率、减少送粉量,激光熔覆熔层开裂倾向降低;增大熔覆速率,熔覆层的开裂倾向将增大.