激光熔覆层裂纹研究进展

为了揭示激光熔覆过程中裂纹的成因并采取有效措施对其防止,以其为获得性能优异的激光熔覆层提供依据。对国内外关于激光熔覆层裂纹研究现状进行了概括总结,提出了裂纹产生的原因及防止办法:合理地选择激光工艺参数及合理设计熔覆材料的成分和组织。     

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。     

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.     

WC-氧化石墨烯/Ni复合熔覆层的制备及形成机制

采用真空熔覆技术制备了WC-氧化石墨烯(GO)/Ni复合熔覆层,运用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪观察并分析在不同温度下熔覆层内显微形貌的变化与物相组成。结果表明:在ZG45表面制备了组织致密、与基体形成良好冶金熔合的WC-GO/Ni复合熔覆层;熔覆层的微观结构组成从表面至基体依次是约1.5 mm厚的复合层、360 μm左右的过渡层、50 μm左右的扩散熔合层和100 μm左右的扩散影响层,其主要组成相有Cr₇C₃、FeNi₃、WC、Cr₂₃C₆、Ni₃Si、C、Fe₇W₆、γ-Ni固溶体等,FeNi₃、Fe₇W₆分散在冶金熔合带,扩散影响区主要组织为珠光体;复合区的物相尺寸小于界面区的物相尺寸,熔覆层形成过程中复合区的金属颗粒变化先于界面区,凝固时熔化不完全的颗粒表面长出团簇物(Cr₇C₃/Cr₂₃C₆),随着保温长大逐渐变成针状物镶嵌在Ni基固溶体中。      

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。     

45钢表面Ni/WC复合熔覆层的形成机制

采用真空熔覆技术在45钢表面制备Ni +WC复合熔覆层并进行阶段性取样,研究镍基复合涂层的形成机制。结果表明：在45钢表面生成与基体冶金熔合、WC硬质颗粒分布均匀的Ni基复合熔覆层。整个熔覆层由4 mm厚的复合层、1 mm厚的过渡层、20 μm厚的扩散熔合区以及250 μm厚的扩散影响区组成。复合层区由WC和分解形成的富W复相碳化物包围在Ni颗粒周围组成;复合熔覆层的主要组成相有γ-Ni固溶体、Cr₇C₃、Ni_2.9Cr_0.7Fe_0.36、Cr₂₃C₆、Ni₃Fe、Ni₃Si、Ni₃B、W₂C以及C等;真空熔覆过程包括：镍基合金颗粒达到熔点(900℃)前升温阶段颗粒间微烧结颈的形成、升温达到熔点(1020℃)开始的镍基合金颗粒熔融以及保温阶段(1060℃)的熔合扩散与WC颗粒微区位置的调整。     

激光熔覆工艺参数对熔覆层质量的影响

为了在工件表面获得最佳的熔覆层,以40CrNi2MoA钢为基材、Ni35和Ni25为粉末,采用不同工艺参数进行了激光熔覆,检测了熔覆层的组织结构,分析了其随熔覆工艺参数变化的规律,确定了最佳工艺条件。结果表明:采用最佳熔覆工艺修复工件可得到组织致密、无裂纹、无气孔的熔覆层;熔覆层与基体呈优良的冶金结合。     

粘接试验方法测定激光熔覆层与基体结合强度

关于激光熔覆层与基体结合强度的检测还没有相关标准,为给激光熔覆层与基体结合强度检测标准的建立提供参考,采用粘接试验的方法,将激光熔覆层视为复材,对304不锈钢棒材和20钢棒材激光熔覆钴基合金STL粉末后的熔覆层与基体结合强度进行了检测。结果表明:该方法的试样制备和试验操作简单易行,对试验设备的要求不高,测定的激光熔覆层与基体结合强度数值的相对标准偏差在5%以内。     

铁含量对激光熔覆层微结构及性能的影响

为满足不同支承辊再制造表面硬度需求,利用激光熔覆技术,将添加不同含量纯铁粉的铁基合金粉末材料熔覆到Cr5支承辊钢表面。研究了铁含量对熔覆层微结构及性能的影响。结果表明,所有材料设计成分条件下熔覆层的截面组织差异很小,均为鱼骨状枝晶和网状晶间组织。通过改变添加铁粉的量可以控制熔覆层中枝晶含量。随着合金粉末中铁含量增多,激光熔覆层截面硬度和耐磨性显著下降。添加50%(质量分数)纯铁粉的粉末材料可以制备出硬度约为480HV、耐磨性高于传统淬火工作层的激光熔覆层,可以满足Cr5支承辊再制造需求。     

离焦量对激光熔覆层组织及性能的影响

目的改善40 Cr钢表面性能,提高其表面硬度、耐磨性及耐蚀性。方法利用扫描电子显微镜、显微硬度计、磨损试验机、电化学测试系统等对激光熔覆层组织及性能进行观察和分析。结果离焦量越大,熔覆粉末及基体表面熔化深度越浅,通过控制适当的离焦量可以获得结合良好的涂层;离焦量为110 mm时,激光束的快热快冷作用能获得细小均匀的组织,细晶能保证较高的硬度,耐磨性及耐蚀性均较好。结论 40Cr钢经激光熔覆处理后可显著改善其表面性能,适宜的离焦量有利于获得最佳性能。     

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。     

激光熔覆层开裂影响因素的探讨研究

试验以Cr12MoV模具钢为基体,采用光学显微镜、电子显微镜和硬度测试等方法,对熔覆层、过渡层、基体的形貌和显微结构进行了检测和分析,探讨了激光熔覆处理后裂纹的形成原因及开裂方式,并针对有效预防开裂的措施提出分析和建议。     

激光熔覆粉末粒径对熔覆层成形控制的影响

目的 揭示激光熔覆过程中TiC粉末粒径及工艺参数对复合材料熔覆形貌的影响规律,实现熔覆层成形控制。方法 采用响应面法中心复合设计模块分析扫描速度、激光功率、粉末粒径对复合材料熔覆形貌的影响,建立工艺参数及TiC粉末粒径与复合材料熔覆层面积、熔覆层高度、熔覆层宽度之间的数学模型,通过方差分析和模型检验验证模型的准确性。结果 激光功率对复合材料熔覆形貌的影响不显著,粉末粒径对熔覆面积影响最为显著,熔覆层面积随着扫描速度的减小和粉末粒径的增大而增大;粉末粒径对熔覆层高度影响最为显著,熔高随着粉末粒径的增大而增大,随着扫描速度的降低而减小;扫描速度对熔覆层宽度的影响最为显著,熔宽随着扫描速度的增大而下降,随着粉末粒径的增大而增大。结论 以熔覆面积最大及熔宽熔高最大为优化目标,对比预测值与实际值,熔覆层面积、熔覆层高度、熔覆层宽度的误差率分别为6.81%,3.9%,7.7%。该研究成果为提高复合材料熔覆形貌的预测与控制提供了理论依据。     

轮轨试样Co基合金激光熔覆层组织及磨损性能

为提高轮轨材料的耐磨性降低轮轨磨损,利用CO2多模激光器在轮轨试样表面获得Co基合金熔覆层,测试分析了其组织结构性能和显微硬度,利用MMS-2A微机控制摩擦磨损试验机对比研究了激光熔覆处理与未处理轮轨试样的抗磨损性能.结果表明:激光熔覆处理后在轮轨试样表面获得与基体良好结合厚度约1 mm的熔覆层;熔覆层主要由枝晶(γ-Co)和共晶组织(Cr23C6+γ-Co)构成,初生相为γ-Co过饱和固溶体,富含Cr元素,共晶组织中富含Co元素;结合区为粗大柱状晶,从中部到表层出现胞状晶、树枝晶等多种形态.离界面越远组织越细密,组织生长方向紊乱;结合区存在元素扩散,尤其是Fe、Cr和Co含量变化显著;激光熔覆Co基合金后轮轨试样硬度分别提高约52.98%和43.44%,能有效降低对摩副磨损,轮轨抗磨损能力提高约为原来的5倍.     

激光工艺参数对熔覆层稀释率的影响

研究了自动送粉激光覆工艺参数对熔覆层稀释率的影响规律。结果表明,粉末流量大小是块定激光熔覆层稀释率的最主要因素,它通过产生“热屏蔽”效应得影响稀释率,激光功率,扫描速度也对稀释率有较大的影响。     

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Ni基WC复合熔覆层组织与性能的研究

通过激光熔覆的方法在Cu-Cr-Zr三元铜合金表面制备Ni60添加不同含量WC颗粒的合金熔覆层。熔覆层的微观组织结构、化学成分、物相组成分别由SEM、EDS、XRD进行表征;显微硬度、耐磨性和耐蚀性也分别由硬度试验机、干滑动摩擦磨损试验机以及电化学工作站进行测试。结果显示,在合适的工艺参数下,可以得到冶金结合良好,没有缺陷,组织均匀且致密的激光熔覆层。含WC的熔覆层组织中,主要含有Cr7C3、Cr23C6、CrB、NiSi3、γ(Ni,Fe)、W2C、Cr2W4C、WC等相。熔覆层平均硬度可达基体的7倍以上,并且随WC含量增加逐渐增加。熔覆层耐磨性随WC含量增加也逐渐提高,摩擦系数和磨损量均下降明显。熔覆层的耐蚀性随WC含量的增加先提高,后降低,其中WC含量为15%时熔覆层的耐蚀性最好。     

熔石英亚表面缺陷的研究进展

介绍了熔石英亚表面缺陷(SSD)的深度分布与粒径的量化关系及表面粗糙度的量化,以及杂质引起热破坏、裂纹导致电场增强、缺陷导致机械性能弱化3种诱导熔石英损伤的机理.还介绍了氢氟酸(HF)刻蚀和激光预处理2种非常有效的控制熔石英亚表面缺陷的技术,并对熔石英亚表面缺陷研究现状、存在问题和发展趋势进行了简要的总结和展望.     

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。