激光熔覆铁基合金涂层的研究进展

激光熔覆技术作为一种先进的材料表面改性技术,具有加工效率高、涂层稀释率低且与基体结合强度高、自动化程度高、环境友好等优点。在各类熔覆材料中,铁基合金在成分上与钢铁材料最为接近,且其成本相对较低,近年来在设备零部件表面强化和再制造领域得到广泛应用。结合国内外最新相关研究成果,从材料体系、工艺参数、外场辅助技术等方面对激光熔覆铁基合金涂层的研究进展进行了综述。总结了熔覆材料的选材依据以及铁基自熔性合金粉末、不锈钢粉末、铁基非晶合金粉末、铁基复合粉末等各类材料的特点和应用。系统讨论了激光功率、扫描速度、光斑直径、送粉速率等工艺参数对铁基涂层成形质量和微观组织及性能的影响机制,并介绍了工艺参数优化在高质量熔覆层制备中的应用。同时,论述了超声振动、电磁场、温度场等外场辅助技术在激光熔覆铁基合金涂层中的应用,阐明了外加能场对激光熔覆过程中熔池及凝固组织的作用机理。最后对激光熔覆铁基合金涂层未来的发展方向进行了展望。     

热锻模表面等离子熔覆Ni—SiC覆层的研究

为了制备符合热锻模使用性能要求的模膛表面强化层,采用等离子熔覆技术,以W6为基体,在基体表面对不同含量SiC(质量分数)陶瓷粉末、Ni基自熔性粉末进行等离子熔覆,得到Ni基SiC合金涂层.对熔覆层横断面进行了显微硬度测量和显微组织分析,并对覆层的热物性参数进行检测.试验结果表明,添加镍基合金的涂层能够提高熔覆层的硬度,同时熔覆层能够得到很好的热物性能.     

正交设计法优化等离子弧熔覆镍基碳化钨涂层工艺

采用等离子弧熔覆技术在Q345钢表面制备镍基碳化钨涂层,采用正交设计优化等离子弧堆焊工艺参数,以熔覆涂层表面成形质量、稀释率和硬度值作为考核指标,借助极差分析和方差分析研究离子气流量、送粉速度、电流、熔覆速度4个工艺参数对3个指标的影响规律。结果表明：对熔覆涂层成形质量影响的程度大小依次为：电流>离子气流量>送粉速度>熔覆速度;对熔覆涂层稀释率影响的程度大小依次为：电流>送粉速度>离子气流量>熔覆速度;对熔覆涂层硬度影响的程度大小依次为：离子气流量>电流>送粉速度>熔覆速度。最优工艺参数是：离子气流量1.0 L/min,送粉速度18 g/min,熔覆速度5 mm/s,电流80 A。在此工艺参数下镍基碳化钨涂层成形较好,稀释率为5.2%,表面宏观硬度达到HRC62.8,具有较好的耐磨性。     

高能束熔覆制备耐磨涂层技术研究现状与展望

耐磨涂层是指在材料基体表面涂覆具有高耐磨性的薄层,在保证涂层与基体之间具有足够的结合强度的同时,使基材表面达到耐磨的目的.高能束熔覆技术是一种高效、可靠的表面处理技术,在耐磨涂层的制备方面具有广阔的应用前景.从高能束熔覆技术、高能束熔覆制备耐磨涂层、耐磨涂层强化机制、耐磨涂层质量调控等四个方面,介绍了高能束熔覆制备耐磨涂层技术的研究现状.其中,在高能束熔覆技术方面,概述了以激光熔覆、等离子熔覆为代表的高能束熔覆的工作原理及特点.在高能束熔覆制备耐磨涂层研究方面,综述了Ni、Co、Fe基自熔性合金涂层及金属基复合涂层、梯度功能材料涂层的特点.在耐磨涂层强化机制方面,分析了涂层的磨损机理,同时讨论了添加硬质颗粒和元素对耐磨涂层性能的影响.在耐磨涂层质量调控方面,阐述了熔覆过程中工艺优化和数值模拟仿真对改善高能束熔覆技术成形工艺的作用.最后,总结了高能束熔覆技术在耐磨涂层制备上存在的问题,并提出了展望.     

铝合金表面MoSi2/SiC复合涂层的激光熔覆制备

利用激光熔覆技术在铝合金表面制备MoSi2/SiCp复合涂层,对涂层的微观组织形成规律及其主要工艺参数对涂层组织和性能的影响进行了研究.实验结果表明,对试样进行搭接预热和在熔覆粉末中添加助熔剂CaF2是提高熔覆层质量的主要途径.采用多道搭接预热熔覆工艺和预置涂层法可以在铝合金表面获得具有完全冶金结合的原位自生SiC颗粒增韧的硅化钼陶瓷复合涂层,涂层组织主要由Mo(Si,Al)2、SiC、α-Al、Mo5Si3等相组成.熔覆层显微硬度较基体材料的显微硬度有大幅度提高,涂层显微硬度最大可达850HV0.2.     

Y2O3对原位自生TiC增强Ni基涂层组织和性能影响

采用氩弧熔覆的方法,以Ni60A自熔性合金粉末为粘结相,添加Ti粉、C粉和不同含量的稀土氧化物Y₂O₃,在16Mn钢基体上制备出TiC陶瓷颗粒增强金属基熔覆涂层. 运用XRD, SEM等手段对复合涂层的显微组织进行表征和分析,并对熔覆涂层的硬度及耐磨性进行了测试. 结果表明,适量添加Y₂O₃可以使涂层组织中枝晶的方向性减弱、同时细化涂层组织,使涂层组织更加均匀,涂层的硬度和耐磨性有显著提高. 添加2% Y₂O₃熔覆涂层的组织为最细,涂层具有较高的显微硬度和良好的耐磨性能.     

碳化物增强金属基激光熔覆层制备技术现状研究

碳化物是金属涂层中的强化相,它的形态、尺寸、含量等参数对熔覆层的性能影响十分显著.而这些参数又和碳化物增强金属基熔覆层的制备方式(碳化物引入方式)密切相关.综述了碳化物增强金属基激光熔覆层制备技术的研究现状,分析了碳化物"外加法""原位合成法""复合引入法"对激光熔覆涂层的影响.     

激光内送粉高速熔覆Cr50Ni合金稀释率及单道形貌分析

目的研究"光内送粉"正离焦高速熔覆Cr50Ni合金单道形貌及稀释率变化影响因素,制备耐磨、耐腐蚀绿色无污染的金属表面涂层,从而替代传统电镀。方法采用"光内送粉"正离焦新型耦合技术开展高速熔覆工艺试验,即在304不锈钢基体上制备Cr50Ni合金熔覆层。建立了光内送粉条件下粉末遮光模型,得出了送粉速率与粉末遮光率的关系,从而得到最终照射在基体上的激光能量,而激光能量密度与稀释率呈正相关,以此分析了不同送粉速率对熔覆层稀释率的影响,同时考察了不同离焦量对熔覆层稀释率以及单道熔覆厚度的影响,分析了最佳熔覆层的显微组织成分变化和硬度变化趋势。结果当扫描速度为9 m/min、离焦量为+1～+2 mm、激光功率为1.85 kW时,可获得厚度约为121～452μm、稀释率为12.9%～75%、硬度值为280～320HV的表面形貌较好的熔覆层。粉末粒子直径为50μm时,在16～32g/min送粉速率下,粉末遮光率为16.6%～33.1%。熔覆层底部的晶粒形态主要为明显的柱状枝晶,由于冷却速度快,进入熔池中的气体来不及逃逸,使得熔覆层内部存在一些微小气孔。结论 "光内送粉"正离焦光粉耦合新技术采用Cr50Ni合金材料,在激光功率为1.85 kW、送粉速率为28 g/min、离焦量为+2 mm、扫描速度为9 m/min的工艺参数下,可以获得理想的单道成形效果,实现高速熔覆。     

送粉方式对WC颗粒增强铁基熔覆层的影响

目的改进后送粉方式在45~#钢表面利用等离子喷焊技术制备WC颗粒增强铁基耐磨熔覆层。方法利用等离子喷焊机和加装改进的后送粉装置制备熔覆层,通过金相光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)等测试分析手段研究熔覆层的显微组织、相组成和成分特征。结果后送粉电压和送粉方式对WC颗粒分布的影响较大,通过调整送粉电压、改进后送粉方式可以改善WC的分布以及WC粉末的利用率。球形铸造WC与多边形结晶WC相比,前者粉末利用率显著提高,WC颗粒分布更均匀,熔覆层的平均维氏硬度达到1500HV10以上,高于后者。熔覆层出现鱼骨状莱氏体组织和大量的碳化物。结论改进的后送粉方式包含了同步送粉和后送粉的优点,使WC颗粒分布均匀,且WC未出现很大程度溶解,保留原始形态。送粉电压为10 V时,后送粉的熔覆效果较好。球形铸造WC增强熔覆层的性能较多边形结晶WC有很大提高。     

单向送粉双向扫描激光熔覆工艺防止裂纹的试验研究

在无预热、后处理等条件下,利用CO2激光器在45钢表面进行了Ni60合金粉末熔覆的试验研究。结果表明,采用单向送粉双向扫描工艺进行单道熔覆或多道搭接熔覆,皆可有效地避免熔覆层裂纹,并能提高熔覆层表面平整度。     

钛合金表面等离子弧熔覆原位自生镍基耐磨涂层的制备及微观结构表征

目的 在钛合金表面制备陶瓷相增强复合耐磨涂层。方法 采用等离子弧熔覆技术,在Ti6Al4V钛合金表面制备了原位自生TiB2、TiC、CrB陶瓷相增强镍基耐磨涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪检测了涂层的物相组成、组织组织以及微区化学成分,采用显微硬度计测试了涂层的硬度。结果 涂层靠近熔合线区域由Ni-Ti树枝晶及枝晶间的共晶组成,在涂层的中上部,大量原位增强相分布于镍基固溶体基体之中。在熔覆过程中,钛合金基材中的Ti元素同熔覆粉末中的B、C元素发生原位冶金反应形成TiB2、TiC增强相,CrB增强相为Ni基熔覆粉末中Cr、B元素反应形成,增强相的形态由各自的晶体结构及熔池凝固热力学与动力学条件决定。涂层的显微硬度得到显著提高,最高达1037HV0.2。结论 采用等离子弧熔覆技术,利用熔池内Ni-Cr-Ti-B-C合金体系的原位冶金反应,可以在钛合金表面制备原位自生TiB2、TiC、CrB增强镍基复合耐磨涂层。同Ti6Al4V基材相比,由于涂层具有大量增强相分布于镍基固溶体的组织特征,其显微硬度得到了显著提高。     

激光熔覆碳化钛增强钛基复合涂层研究进展

钛合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性强等显著优点,在航空航天、海洋工程等领域具有广阔的应用前景。然而,钛合金硬度低、耐磨性差,严重制约其在摩擦工况下的使用寿命。激光熔覆技术具有生产效率高、热影响区窄、结合强度高、组织致密等优势,被广泛用于钛合金零部件表面改性和熔覆修复。高硬、高模量碳化钛的热物性参数与钛合金基材相近,常被选作激光熔覆钛基复合涂层的增强相,以提高其耐磨性。介绍了碳化钛的晶体结构、生长形态和性能特点。综述了碳化钛增强钛基激光熔覆材料体系以及工艺参数对熔覆层成形质量、宏观形貌和微观组织的影响。重点从碳化钛增强相的分布、数量、尺度以及相结构等方面,论述了碳化钛增强钛基激光熔覆层的组织特征,同时阐述了碳化钛强化机制,讨论了碳化钛增强钛基激光熔覆层组织特征与耐磨性能的内在关联性。最后提出了目前激光熔覆碳化钛增强钛基复合涂层研究中存在的问题与展望。     

激光熔覆陶瓷增强金属基复合涂层技术的研究进展

讨论了激光熔覆外加陶瓷增强金属基复合涂层技术中外加陶瓷相与基体的界面问题及一般的解决方法,指出原位合成技术与激光熔覆技术结合可有效解决界面问题,从铁基、镍基等复合涂层的原位反应材料体系、反应机理分析、组织结构和性能的改善等几个方面,综述了激光熔覆原位自生陶瓷增强金属基复合涂层技术的研究进展,最后从微观反应机制和宏观实际应用2个角度提出了今后的研究方向:原位合成试验与热力学理论的互相补充与验证,及计算机数值模拟技术的应用.     

钛合金表面氩弧熔覆TiC增强复合涂层组织与性能分析

把石墨粉末预涂在钛合金表面上,利用氩弧熔覆技术成功制备出原位自生TiC增强的金属基复合涂层。利用扫描电镜、X射线衍射仪和能谱仪分析了熔覆涂层的显微组织,探讨了增强相TiC的生成机制;利用显微硬度仪测试了复合涂层的显微硬度并用磨损试验机考察了其在室温干滑动磨损条件下的耐磨性能。结果表明,氩弧熔覆涂层组织均匀致密,原位自生TiC呈树枝晶和细碎的条状均匀地分布于整个涂层中;由TiC增强的复合涂层明显地改善了钛合金的表面硬度．平均硬度约为700HV0．2且沿层深方向呈梯度分布;涂层在室温干滑动磨损条件下的耐磨性明显优于基体,约为钛合金的10．5倍．     

高熵合金涂层的研究进展

高熵合金涂层在工程实际应用中较传统合金具有良好的前景,对近年来高熵合金涂层的研究进展进行了概述。首先对制备高熵合金涂层的表面熔覆技术进行详细的介绍,其中包括激光熔覆技术、等离子熔覆技术、氩弧熔覆技术,分析了各表面熔覆技术的优缺点;然后总结了高熵合金涂层的组织及性能特征,涂层中相的组成包括:固溶体相、金属间化合物、纳米析出相、非晶相;性能上,高熵合金涂层由于各种效应的作用,具有高强度及硬度、优异的耐磨性、良好的耐腐蚀性及高温抗氧化性等一系列优异的性能;而后进一步分析了表面熔覆技术工艺参数对高熵合金涂层质量的影响规律、合金元素对高熵合金涂层性能的影响及热处理对高熵合金涂层相组织演变的影响;最后对高熵合金涂层的应用前景及其未来的研究方向进行展望。     

激光熔覆技术研究进展

激光熔覆技术是一种先进的材料表面改性技术,具有稀释率小、熔覆层组织致密、涂层与基体结合良好及工作环境无污染等优点。从激光熔覆喷头、激光熔覆工艺、激光熔覆材料、激光熔覆技术的工业应用这4个方面,综述了激光熔覆的研究进展。其中,在激光熔覆喷头方面,介绍了激光光斑的种类及转换原理和熔覆材料的引入方式,总结了激光束与粉束的耦合模式和熔覆喷头的种类,包括旁轴送粉熔覆喷头、光外同轴送粉喷头、光内同轴送粉喷头以及特殊工况下的熔覆喷头。在激光熔覆工艺方面,阐述了工艺参数对熔覆层宏观形貌和组织性能的影响,总结了激光熔覆复合工艺的辅助加工方法,论述了超高速激光熔覆新工艺的原理及技术优势,并介绍了激光熔覆过程控制的研究进展。在激光熔覆材料方面,阐述了熔覆材料的种类及增强相的添加方式。在激光熔覆技术的工业应用方面,介绍了激光熔覆技术在矿山机械、模具再制造以及铁路修复等领域的应用。最后对激光熔覆技术的发展趋势及应用前景做出了展望。     

感应熔覆制备镍基合金涂层的研究进展

在实际的工业应用中,大部分工件处于交变载荷、高应力以及强腐蚀的环境中,严峻的服役条件将会大大缩短工件的实际使用寿命。工件表面往往直接接触不利因素,所以工件的整体失效基本是从表面开始。熔覆涂层技术是一种常见的金属材料表面处理技术,可以大幅度改善工件表面性能,且具备生产效率高、生产成本低、可获得大面积熔覆层等优点,受到了人们的广泛关注。熔覆涂层的制备技术主要有激光熔覆、氩弧熔覆、等离子熔覆以及高频感应熔覆。其中,高频感应熔覆技术的应用成本较低。以高频感应熔覆技术为支撑,对高频感应熔覆技术路线进行阐述,主要包括预处理、涂层预制、感应熔覆等,并对各过程中可能对熔覆质量造成影响的因素进行阐述。最后对镍基合金涂层(镍基复合涂层、原位合成制备镍基复合涂层)的制备工艺进行综述,并对制备过程中存在的部分问题及今后的发展方向进行综述。     

不锈钢表面激光熔覆层耐腐蚀研究

研究了在耐酸不锈钢基体上采用激光熔覆和等离子喷焊两种工艺形成的涂层对耐腐蚀性的影响。使用５ｋＷ横流ＣＯ２激光器对预置于基体上的Ｃｏ基自熔合金粉末进行单道或多道扫描。得到的熔层与等离子焊层对比,激光熔层缺陷率低,成品率高。其组织细密均匀,晶粒细小,成分稀释率更小,对其体热影响小,熔层硬度与强韧性更高。性能试验证明,激光熔层具有更高的耐腐蚀性能。     

铬铁原矿粉激光制备高熵合金复合涂层的组织与性能

目的用铬铁原矿粉快速直接制备高熵合金复合涂层,研究其组织结构及性能,提高基体表面硬度和耐磨性。方法采用激光熔覆技术在40Cr钢表面制备高熵合金复合涂层,运用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及硬度计、磨粒磨损机,分析高熵合金复合涂层不同深度的显微组织、物相结构及力学性能。结果高熵合金复合涂层与基体结合良好,物相结构为简单BCC结构的过饱和固溶体,显微组织为典型胞状和树枝晶组织,且原位自生形成的细小碳化物颗粒强化相弥散分布于基体。深度为0.1 mm时,复合涂层的显微组织形貌最细小,且存在一定程度的成分偏析。复合涂层显微硬度平均为6.48 GPa,为基材40Cr钢的2倍以上。高熵合金复合涂层不同深度的磨损率均低于基体的磨损率,且随着深度的增加,磨损率逐渐升高,当深度为0.1 mm时,磨损率最低,为0.17 mg/mm2,耐磨性最好。结论以铬铁原矿粉为掺杂组元,采用激光熔覆技术成功制备出掺杂原位自生颗粒强化相的高熵合金复合涂层,显著提高了基体表面硬度和耐磨性。