激光熔覆镍基合金与铝反应合成Ni-Al金属间化合物覆层的研究

以镍基合金和铝为原料,利用激光熔覆技术在低碳钢表面反应合成Ni-Al金属间化合物覆层。采用SEM,EDX,TEM和XRD等表征手段对试样的组织和相结构进行分析。结果表明:激光熔覆镍基合金与铝反应合金覆层由β-Ni Al和γ′-Ni3Al两相构成,两相中均固溶有一定量Fe,Si元素。β-Ni Al相含量较多,为细小、均匀、交错分布的树枝晶,Ni,Al间的反应放热使树枝晶呈现等轴化趋势;γ′-Ni3Al相含量较少,呈连续网状分布于β-Ni Al树枝晶周围,这种结构有利于降低覆层脆性。在1.5kW功率下,激光熔覆镍基合金及铝反应合成的β-Ni Al和γ′-Ni3Al两相合金覆层致密,有少量气孔但无裂纹现象,覆层与基体实现完全冶金结合。     

Al2O3对氩弧熔覆Fe-Si金属间化合物涂层组织及性能的影响

目前Fe-Si涂层的相关研究较少。为制备Fe-Si金属间化合物复合涂层并改善其力学性能,采用氮弧.熔覆原位合成的方法在Q235钢表面制备Fe-Si涂层和Fe-Si/Al2O3金属间化合物复合涂层,利用金相电子显微镜、X射线衍射仪(XRD)、冲蚀磨损试验机、高温氧化炉等设备对涂层的显微组织、耐冲蚀磨损性能和抗高温氧化性能进行测试与分析。结果表明:Fe-Si熔覆层由Fe3Si和FeSi相构成,添加A12O3后熔覆层除存在Fe3Si,FeSi外还有AI2O3相产生;Fe-Si/Al2O3熔覆层耐冲蚀磨损性优于Fe-Si熔覆层,最高为基体的4.65倍;熔覆层的耐高温氧化性能相对基体明显提高,在800℃下Fe-Si熔覆层和Fe-Si/Al2O3熔覆层相比于基体分别提高了5.50和5.83倍。     

铝合金表面激光熔覆铁基合金涂层过渡区的特征

为了在铝合金表面获得无裂纹的熔覆层并提高铝合金的表面强度,通过热喷涂预制涂层,结合激光重熔在铝合金基体上进行了激光熔覆试验.利用SEM,XRD和电子探针(EPMA)等对涂层的形貌和成分分布以及过渡区的相组成进行了研究.结果表明:在Al合金表面可以获得低稀释率、无裂纹的铁基熔覆层;在熔覆过程中熔覆层/基材结合面处,Fe和Al反应生成的短棒状FeAl金属间化合物镶嵌在铝合金基体中,避免了裂纹形成.反应过程中释放的反应热使得熔覆层/基材结合面处形成锯齿状形貌.     

钢表面TiC/Ni3Al复合涂层及其冲蚀性能

采用钨极氩弧焊熔覆技术在钢表面原位合成金属间化合物基复合涂层TiC/Ni3Al。研究了复合涂层的组织和抗冲蚀性能,探讨了涂层的形成及抗冲蚀机理。结果表明:采用钨极氩弧焊熔覆技术在钢表面制得的TiC/Ni3Al复合材料无杂质相,颗粒分布均匀;随着预置层中(Ti+C)含量的提高TiC颗粒的数量增加,材料的硬度提高;涂层与基体之间呈现良好的冶金结合,从熔合线到涂层外表面TiC颗粒的形态逐渐从细小球形转变为等轴状、树枝状;Al、Ni、Fe元素呈梯度变化,而Ti元素主要以TiC颗粒物的形式存在于涂层中。在不同冲蚀角度下复合涂层的冲蚀量均显著小于H13钢和0Cr17Ni7Al钢,表现出优异的抗冲蚀性能。     

金属镀层对铝/钢激光熔钎焊接头组织与性能的影响

针对在铝/钢焊接过程中,钢的表面金属镀层对铝/钢激光熔钎焊接头性能有着重要影响的问题,研究铝合金在不同金属镀层的低碳钢表面的铺展效果,通过SEM对不同金属镀层下熔钎焊接头界面微观组织形态、金属间化合物厚度、种类等进行分析,并进一步研究不同金属镀层下铝/钢接头的力学性能及断口形貌。结果表明:钢表面的金属镀层对铝/钢激光熔钎焊过程中5A06铝合金在钢上的铺展与浸润有着较大的影响,其中5A06铝合金在镀铝钢上的铺展效果最佳,且铝合金与镀铝锌钢熔钎焊的接头抗拉性能最好,达到母材铝合金的70%。铝/钢界面金属间化合物主要由铝铁金属间化合物组成,其中在镀铝钢、镀铝锌钢、镀锌钢中主要存在Fe2Al5,FeAl3,FeAl等金属间化合物,在镀镍钢界面中还存在Fe4Al13等金属间化合物。     

激光熔覆Fe基TiB2+TiC金属陶瓷层的组织及摩擦磨损性能

目前,对激光熔覆原位自生金属陶瓷层增强相的形成机制及磨损机理的研究尚不系统。自配合金粉末,采用激光熔覆技术在Q235钢表面制备了原位自生的TiB2+TiC/Fe金属陶瓷层。对熔覆层进行了XRD分析、显微组织观察及室温干滑动摩擦磨损试验。结果表明:Fe基TiB2+TiC金属陶瓷增强熔覆层组织细小、致密,高硬度的亚微米TiB2和TiC金属陶瓷颗粒均匀弥散分布在α-Fe等轴枝晶基体上,熔覆层与基体冶金结合优良;室温下熔覆层的磨损主要为显微切削和滑擦,耐摩擦磨损性能优良。     

Fe3Al基金属间化合物涂层的研究进展

Fe3Al金属间化合物具有良好的高温性能,在钢表面制备Fe3Al基金属间化合物涂层能有效提高基体在高温下的抗氧化、耐腐蚀、耐摩擦和抗冲蚀性能,其抗硫化性能甚至优于不锈钢.相比于同等功能的陶瓷涂层,Fe3Al涂层与基体有更好的相容性.综述了Fe3Al基金属间化合物涂层的研究现状,介绍了涂层性能及影响因素,涂层制备的主要工艺方法和技术特点,主要包括热喷涂、堆焊、激光合成等.     

氩弧熔覆含Al_2O_3-TiB_2增强颗粒的自熔性镍基合金复合层的冲蚀磨损性能

为了提高Al2O3-Ti B2复相陶瓷涂层的冲蚀磨损性能并降低熔覆成本,以Ni60A自熔性合金粉末、Al2O3粉末以及Al-Ti O2-B2O3体系为原料,在Q235钢表面氩弧熔覆原位合成了Al2O3-Ti B2增强颗粒复合层。采用金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度仪及冲蚀磨损试验对熔覆层的显微组织、物相结构、显微硬度和耐冲蚀磨损性能进行分析。结果表明:熔覆层与基体之间的结合方式为冶金结合,界面无气孔、裂纹;熔覆层中有Al2O3,Ti B2,Fe2B和Fe19Ni3相生成;熔覆层的显微硬度最高可达771.9 HV,较基体提高了3.82倍;熔覆层的冲蚀磨损性能相对基体提高了2.49~4.70倍。     

激光熔覆铜基自生复合材料涂层及其耐磨性能

采用激光熔覆工艺 ,利用铜合金体系的熔体分离性质 ,在ZL10 4合金表面成功地制备出了LCC Cu自生复合材料涂层。LCC Cu复合材料的基体组织是呈枝晶或枝状胞晶的过饱和 (Cu ,Ni)固溶体 ,以由Laves相、金属间化合物或固溶体等亚组织所构成的球形颗粒为增强体 ,球形颗粒增强体的亚组织形态呈颗粒状和穗状。在空气中的干滑动摩擦磨损试验结果表明 ,LCC Cu复合材料的耐磨性能比QZ5合金铸铁的稍好 ,远远优于ZL10 4合金的     

Q235钢、Cu-Cr合金铸铁和TP304H不锈钢在熔融Zn-5%Al-RE合金中的耐蚀性研究

为研究铁基材料的成分和显微组织对其耐熔蚀性能的影响,将Q235钢、Cu-Cr合金灰铸铁、TP304H不锈钢及喷丸的TP304H试样在熔融Zn-5%Al-RE合金中进行了熔蚀试验(试验温度为470℃),并进行了熔蚀速率测定和截面形貌观察(SEM)。结果表明:在试验条件下,Q235钢在熔融合金中不能形成连续致密的Al-Fe金属间化合物层;Cu-Cr合金铸铁中的石墨及珠光体对Al、Fe原子扩散起到了阻挡作用;TP304H不锈钢由于奥氏体结构的致密性,Al原子在其中的扩散速率低,同时在Al-Fe化合物层之外形成了Zn-Al-Cr-RE相,对化合物层起到一定的保护作用;TP304H不锈钢经喷丸处理后由于生成马氏体,使Al原子扩散速率提高,熔蚀速率增大。4种试验材料在熔融Zn-5%Al-RE中的耐蚀性能从高到低的排序:TP304H喷丸处理的TP304HCu-Cr合金铸铁Q235钢。     

改善Fe_3Al金属间化合物涂层塑性的方法探讨

Fe3Al金属间化合物涂层具有特殊的微观组织结构及一系列优异的性能,但其室温塑性较差,影响了其广泛应用。对于改善Fe3Al涂层塑性的方法有多种,效果较为明显的是合金化和热处理等技术。热处理能有效提高Fe3Al金属间化合物涂层的塑性,但其工艺繁琐,不利于工业应用。因此,研究工作重点应放在合金化增强其室温塑性方面。如加入最佳配比的多种合金元素(Cr、Nb、B、Ce等),综合发挥固溶强化、弥散强化及细晶强化的作用来改善其室温塑性,为Fe3Al涂层的工业应用奠定基础。     

Al2O3/(纳米)Fe3Al复合材料位错形貌的TEM观测

利用TEM对Fe₃Al/Al₂O₃复合材料的位错形貌进行了观测分析,观察到Fe₃Al/Al₂O₃中丰富的位错组态。根据透射电镜观察,引入Fe₃Al后,Al₂O₃晶内产生大量位错,位错多产生于Fe₃Al于Al₂O₃相界面附近,亚界面的形成使基体晶粒再细化,使强度提高。在Fe₃Al中观察到超点阵位错,对材料起到"有序强化"作用。      

Influencing mechanism of pre-existing nanoscale Al_5Fe_2 phase on Mg-Fe interface in friction stir spot welded Al-free ZK60-Q235 joint

Al-free ZK60 magnesium(Mg) alloy sheet was selected as substrate material of Mg-steel pinless friction stir spot welding(FSSW),avoiding the effect of the Al element in the substrate on the alloying reaction of Mg-iron(Fe) interface.The sound FSSW joint of ZK60 Mg alloy and Q235 steel with a hot-dipped aluminum(Al)-containing zinc(Zn) coating was succes s fully realized.The detailed micro structural examinations proved that Al_5 Fe_2 phase at the Mg-Fe interface came from the pre-existing Al_5 Fe_2 phase in the coating and acted as the transition layer for promoting the metallurgical bonding of Mg and Fe.The interfaces with well-matched lattice sites among Fe,Al_5 Fe_2 and Mg were formed during FSSW.A low energy interface with good match of lattice sites((002)_(Al5 Fe2)//(110)_(Fe),[110]_(Al5 Fe2)//[113]_(Fe)) between Al_5 Fe_2 and Fe was identified.For the interface between Al_5 Fe_2 and Mg,an orientation relationship of(622)_(Al5 Fe2)//(3112)_(Mg) and[158]_(Al5 Fe2)//[2423]_(Mg) was observed.The tensile~-shear load of the ZK60~-steel joint could reach 4.6 kN.Moreover,the joint fracture occurred at the interface between the Al_5 Fe_2 layer and the Mg alloy substrate,suggesting the brittle fracture characteristic.     

加热温度与保温时间对铝-硅镀层组织演变的影响

采用扫描电镜观察了钢板表面铝-硅镀层的微观组织,利用热模拟机研究了铝-硅镀层在不同加热温度和保温时间下镀层中合金层厚度的变化规律,利用辉光光谱仪测定了铁元素向合金层中的扩散规律。结果表明:热处理前镀层合金层组织由Fe₂Al₅二元金属间化合物和Fe₂SiAl₇三元金属间化合物组成,热处理后镀层合金层组织由Fe₂SiAl₂,Fe₂Si₂Al₅等金属间化合物组成,镀层表面生成致密的Al₂O₃膜;硅元素在合金层与镀层的交界处富集,抑制了铁元素由钢基体向镀层表面的扩散,可以有效阻止合金层厚度的进一步增加;随着加热温度升高、保温时间延长,铁元素溶出量增多,镀层表面铁质量分数达到45%~55%,导致合金层的厚度逐渐增大。     

Surface nanocrystallization of Ni3Al by surface mechanical attrition treatment

The mechanical property and microstructure evolutions of Ni₃Al intermetallic compound subjected to surface mechanical attrition treatment (SMAT) were investigated in relation to surface nanocrystalization. Grain size in topmost surface of SMATed Ni₃Al alloy was refined to a minimum size of about 10 nm, and then increased with the enhancement of the depth from surface to matrix. The original ordered L1₂ phase transformed to Ni (Al) solid solution with a disordered face-centered cubic structure. The maximum nanohardness of the deformed Ni₃Al alloy was near 12 GPa. The microstructure evolution including the variation of defects during the SMAT as well as post-annealing processes showed that the surface nanocrystallization of Ni₃Al intermetallic compound was predominantly controlled by dislocations which divided the coarse grains. The different microstructures at each sublayer illustrated that the nanocrystallization process was decided by the accumulated energy resulted from plastic strain.     

激光原位合成Al_2O_3-TiO_2复合陶瓷涂层组织结构与性能

先利用火焰喷涂技术在中国低活化马氏体钢表面制备了CrFeAlTi涂层,然后通过激光原位反应技术在火焰喷涂涂层表面原位合成了Al_2O_3-TiO_2复合陶瓷涂层。分别采用体视显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、立式万能摩擦磨损试验机以及静态铅铋腐蚀实验装置等分析测试手段对涂层的形貌、微观组织结构、物相组成、显微硬度、干滑动摩擦磨损性能以及耐液态铅铋合金腐蚀性能等进行了研究。实验结果表明:激光原位合成的Al_2O_3-TiO_2复合陶瓷涂层表面整体平整、光滑、致密,基本没有凹坑、裂纹和孔隙等缺陷,与基体之间形成了良好的冶金结合。涂层内部存在完全结晶区和非结晶区,且界面明显。涂层表面主要物相为Al_2O_3,TiO_2,(Al.948Cr.052)_2O_3,Fe_2TiO_5和FeCr等。涂层截面平均显微硬度约为1864.2HV0.2,比基体CLAM钢提高了约3倍,且沿横截面方向呈平稳过渡的阶梯状分布。与基体CLAM钢相比,涂层具有良好的耐磨性能,其磨损量仅为基体的1/6,并且涂层在液态铅铋中表现出良好的耐腐蚀性能。     

Effects of Cr and Cr/Mn Combined Additions on Semi-Solid Microstructures of Al-Mg-Si Alloys Produced by D-SSF Process

The effects of Cr and Cr/Mn combined additions on the semi-solid microstructure of wrought Al-Mg-Si alloys are investigated.In the Cr-added alloy,the Al-7Cr compound is formed with homogeneously distributed in theα-Al matrix after homogenization.Both of the Al-7Cr andα-Al-（12）Mn3-Si-2 dispersiod particles are found in the homogenized microstructure of the Cr/Mn-added alloy.In the semi-solid microstructures,the smallestα-Al grains are obtained in the 60% cold-rolled alloys.After prolonged holding time,theα-Al grain size of the Cr/Mn-added alloy is smaller than that of the Cr-added alloy.Heavy deformation by cold-rolling accelerates spheroidization of theα-Al grains.The D-SSF process is found to be useful to modify the microstructures of both the Cr-added and Cr/Mn-added Al-Mg-Si alloys.     

Al含量对Zn-xAl-4Sb合金平衡凝固组织的影响

利用SEM、EDS、XRD研究了不同Al含量的Zn-xAl-4Sb(x=0、0.5、1.0、2.0、4.0、6.0)合金在炉冷条件下(冷却速度0.04℃/s)的凝固组织,探讨了Al和Sb以Zn-Al-Sb三元中间合金加入锌液的可能性.结果表明:合金中的Al优先与Sb生成AlSb相;当Al含量小于1.0%时,随着Al含量的增加,合金中AlSb相的量增加,β-Sb3Zn4相逐渐减少;当Al含量为1.0%时,β-Sb3Zn4相消失,合金组织为Zn基体上分布AlSb相;当Al含量大于1.0%时,合金中出现Zn-Al共晶,且共晶的量随Al含量的增加而增多;用Zn-Al-Sb室温下等温截面的富锌角表示了Zn-xAl-4Sb体系的室温相组成.因Al和Sb形成高熔点AlSb相,很难在锌液中溶解,故Al和Sb不宜以Zn-Al-Sb三元中间合金的方式加入.