工艺参数对304不锈钢表面激光熔覆Ni基合金涂层的组织、耐磨性及耐腐蚀性的影响

研究了不同工艺参数对304不锈钢表面激光熔覆Ni基合金后熔覆层微观组织及硬度、耐磨、耐蚀性能的影响,并寻求最佳激光工艺参数,以期获得冶金结合较好,耐磨、耐蚀性能良好的熔覆层。根据组织与性能的综合分析可知,最优激光工艺参数为激光功率2.5kW、扫描速度4mm/s、送粉速率300mg/s。利用优化工艺参数熔覆后的熔覆层宏观形貌平整、光滑,熔覆层宽度为14.36mm,高度为1.612mm,熔池深度为0.248mm,稀释率为13.33,硬度较高,平均显微硬度为646.4HV,并且耐磨损性能较好,磨损量较低。此外,熔覆层的耐腐蚀性能也较好,自腐蚀电位为-286.77mV。在一定的激光工艺参数下,组织从结合区至熔覆层表层依次为平面晶、胞状晶、柱状晶、树枝晶、等轴晶。激光功率、扫描速度、送粉速率不同,熔覆层中组织粗细变化呈现一定的规律性:随着激光功率的增大,组织由细小逐渐变的粗大;随着扫描速度的增大,组织先变细小,然后变粗大;随着送粉速率的增大,组织逐渐变细小。合金的耐磨性与耐蚀性不仅与组织大小有关,而且与组织物相组成密切相关。     

扫描速度对45钢表面Ni基TiC激光熔覆层性能的影响

TiC陶瓷相韧性好、润湿性好、热化学稳定性高、耐磨性好,在激光熔覆温度下几乎没有脆性第二相生成,是理想的增强相,但目前对其加入Ni基合金粉末进行激光熔覆的研究较少。在TLF3200TM三维激光焊接机上以不同的扫描速度在45钢表面激光熔覆Ni基TiC复合粉末,采用扫描电镜观察熔覆层形貌,采用硬度计测试熔覆层的硬度,采用磨损试验测试其耐磨性,采用极化曲线分析其耐蚀性,研究了扫描速度对激光熔覆层显微组织和性能的影响。结果表明:不同扫描速度得到的激光熔覆层组织均由熔覆区、界面结合区和基底热影响区组成;当扫描速度为5 mm/s时,熔覆层组织中细小的TiC颗粒均匀、弥散分布于熔覆区和热影响区,熔覆层磨损率最低为0.12 mg/mm2,维钝电流密度最小,为0.008 mA/mm2,钝化区间最大,为0.65 V,耐磨及耐蚀性最佳。     

送粉式激光熔覆基础理论研究

首次提出并实验证明了送粉激光熔覆过程中,熔覆材料与基材表面同时被激光加热的观点。首次提出了激光热有效利用率、透光率、吸收透光能量线密度、有效送粉系数、局部稀释率等基本概念,并给出相应参数的实验检测方法,且成功地对其进行实验检测。首次建立了:①不同条件下熔覆材料颗粒半径与工艺参数、材料物理性能之间的关系式;②透光率计算数学模型;③理论吸收透光能量线密度P_m计算模型;④显微组织分析法检测透光率估算公式;⑤基体表面单位时间内吸收热量计算模型。首次发现有效送粉系数随扫描速度增大出现极大值现象是由熔覆材料加热温度和送粉器喷嘴宽度与激光束动直径的大小决定的。当两者尺寸相当时,熔覆材料粉将得到最充分的利用。首次提出用熔覆层界面附近硬度梯度曲线及拐点连线分析研究熔履层界面附近真实稀释率。首次提出送粉激光熔覆过程中熔覆材料与熔化的基材表面撞合模型,将熔覆层分为:基体侧扩散区、撞合互混区、熔覆层侧扩散区,指出基体侧扩散区的大小、熔池结晶时原子扩散能力和程度决定熔覆层与基体界面及附近的组织结构。并在此基础上采用显微组织分析和扫描电子显微组织、成分分析、透射电子显微分析、力学性能分析等方法,研究了工艺参数对熔覆层的组织、性能及熔覆层与基体结合界     

激光熔覆Co基合金/MoSi_2复合涂层工艺参数的优化

激光熔覆工艺参数对熔覆层的形貌及质量具有重要影响。利用激光熔覆技术,采用预置粉末法在304不锈钢表面制备高质量的Co基合金/MoSi_2复合涂层。通过对不同激光熔覆工艺参数下复合涂层宏观形貌以及微观组织的研究分析,较详细地探讨了激光熔覆功率对熔覆层熔覆质量的影响,得出激光熔覆Co基合金+20%MoSi_2复合涂层时的最佳工艺参数:功率2.2 k W,扫描速度8 mm/s,光斑直径5 mm。所得熔覆层的横截面呈组织致密的"月牙"形貌,且沿垂直于结合面的方向生长并逐渐细化。     

基于PSO–BP–GA混合算法的激光熔覆工艺多目标优化

目的 为了提高镍基高温合金熔覆涂层的综合质量,提出了一种基于PSO–BP–GA混合算法的激光熔覆工艺优化方法。方法 选取工艺参数（激光功率、扫描速度、送粉速率）为优化变量、熔覆层质量（稀释率、显微硬度、热影响区深度）为优化目标,根据正交试验结果建立PSO–BP神经网络预测模型,采用线性加权法和层次分析法建立熔覆层质量的综合评价体系,结合GA算法探寻综合质量最优的工艺参数组合。结果 PSO–BP神经网络模型预测值与试验值之间的相对误差不超过6%,最优工艺参数组合如下：激光功率为2 158 W、扫描速度为10.4 mm/s、送粉速率为2.9 r/min,其熔覆层稀释率降低了70.4%、显微硬度增大了25.4%、热影响区深度减少了41.8%。结论 该算法为制备出高性能镍基高温合金熔覆涂层提供了一定的参考与借鉴。     

等离子熔覆CoCrFeMnNi高熵合金涂层参数优化及组织与性能研究

采用等离子熔覆技术在Q235钢基体上制备CoCrFeMnNi高熵合金涂层,通过正交试验法优化等离子熔覆工艺参数。利用XRD、SEM、EDS、EBSD以及显微硬度计对优化后熔覆层的组织和性能进行分析。结果表明,工艺参数对熔覆层稀释率的影响程度由大到小依次为行走速度、弧电流和送粉气流量,对熔覆层显微硬度的影响程度依次为弧电流、行走速度和送粉气流量。综合极差、方差和熔覆层宏观形貌分析,选出最优工艺参数组合为:弧电流70 A,行走速度7 mm/s,送粉气流量8 L/s。在此工艺参数下,熔覆层表面无明显的宏观裂纹,但存在一些孔隙、微孔以及少量的偏聚物。熔覆层物相以类Ni的FCC相为主,各主元素在熔覆层表面分布均匀。熔覆层晶粒尺寸以小于10μm为主,占92.7%。小角度晶界取向差在5°以内呈集中分布,而大角度晶界取向差在15～55°之间呈随机分布。熔覆层的稀释率约为17.86%,熔覆层表面显微硬度分布较均匀,而截面显微硬度受组织结构的影响呈梯度变化。     

热锻模型面激光熔覆耐热耐磨覆层的试验研究

为了制备符合锻模使用性能要求的模膛型面耐热耐磨层,进行了在指定的W6Mo5Cr4V2基体上激光熔覆金属陶瓷Ni60／Ni-Cr-Cr2C2的试验研究。主要研究熔覆材料的成分构成,熔覆时的激光参数及所制备的熔覆层的物相、组织形貌及显微硬度分布。试验结果说明采用50％：50％的Ni60粉和Ni-Cr-Cr3C2粉做覆层材料,采用激光功率1．7Kw,扫描速度4mm／s,光斑直径为3mm,预涂厚度为0．6mm的激光熔覆工艺,可以得到组织细化硬度较高的激光覆层。说明激光熔覆金属陶瓷是制备热锻模膛表面强化层的一种有前途的方法。     

模具钢的激光表面改性研究

利用不同的激光工艺参数对Cr12MoV模具钢表面进行熔覆试验，探讨了工艺参数对熔覆层深度的影响，研究了表面显微硬度的变化趋势及其原因，熔覆层耐磨性能的提高幅度以及组织结构的变化，结果表明：表面硬度在不同程度上都得到提高，硬度峰值出现在次表层；激光熔覆层的耐磨性能提高了47％－76％，微观结构为由平面晶和枝晶构成的共晶组织，并有多种合金相分布在枝晶间。     

Cu-Sn/Fe合金粉末激光熔覆层的组织与硬度分析

为改善Cu基合金涂层与16Mn钢基体的匹配性,提高涂层强度和硬度,采用同步送粉技术,通过工艺优选,在16Mn钢表面激光熔覆了Cu-Sn/Fe基混合合金粉末,并研究了制备的熔覆层组织、颗粒物的相结构、尺寸和弥散分布行为.结果表明,激光熔覆层为树枝晶组织和网状组织及其上分布的σ-FeCr球形颗粒相.颗粒相σ-FeCr对提高熔覆层硬度起到一定的作用.熔覆层、热影响区和基体中,熔覆层硬度最高,进入基体后,硬度值突降,故熔覆层起到表面强化的作用.     

Q235钢表面氩弧热源熔覆镍基自熔合金层的组织及性能

目前,鲜见氩弧熔覆镍基合金粉末工艺参数对熔覆层表面耐磨性能影响的研究报道,先将镍基自熔合金粉末涂覆于Q235钢表面,再利用氩弧热源熔覆.采用金相显微镜观察熔覆层表面和截面组织,采用硬度计及磨损试验分析熔覆层的表面硬度及耐磨性,研究了涂覆层厚度、熔覆电流对熔覆层表面组织、力学性能的影响.结果表明:基体与熔覆层形成了良好的冶金结合;随熔覆电流的增加,熔覆层表面硬度和耐磨性先增加后降低;随涂覆层厚度的增加,熔覆层表面硬度和耐磨性随之增加;涂覆层厚3 mm,熔覆电流为180 A时,熔覆层表面金相组织为少量初生固溶体枝晶和大量奥氏体与碳、硼化物的共晶,熔覆层表面硬度最大,为45.0 HRC,耐磨性最好.     

3D激光熔覆铁基合金温度场模拟及其试验

通过建立Q235钢表面激光熔覆低碳铁基合金温度场三维模型,分析了熔覆层顶、底的温度随时间变化的曲线,由此对熔覆层成形质量进行预测。结合实验论证得到激光功率为2000W、扫描速度为10mm/s时,熔覆层顶、底点最高温度分别为2300℃和1500℃,有利于得到表面形貌较好、与基体良好冶金结合的熔覆层,熔覆层组织由等轴晶和垂直于界面的树枝晶构成,过渡区为富Cr、Ni的板条状马氏体;熔覆区组织均匀致密,过渡区中基体和熔覆材料产生了良好冶金结合且稀释率低,热影响区铁素体与珠光体得到了细化。     

基于响应面的装备零件再制造激光熔覆工艺参数优化北大核心CSCD

为了优化装备零件再制造激光熔覆工艺参数,提高熔覆层的质量,选取激光功率(A),送粉量(B),扫描速度(C)为优化变量,将熔覆层高度(H)和宽度(W)作为响应指标,基于响应面分析法,利用Design-Expert软件设计中心复合实验,对实验结果进行方差分析,建立工艺参数相对于响应指标的回归预测模型。通过分析建立的摄动图与3D响应面,结果表明:激光功率与送粉量对于熔覆层高度和宽度的影响最为显著,同时送粉量与扫描速度、激光功率与送粉量的交互作用分别对于熔覆层高度和宽度有显著影响。装备零件再制造激光熔覆的最优工艺参数为:激光功率3.94 k W,送粉量60 g/min,扫描速度4mm/s。     

基于响应面的装备零件再制造激光熔覆工艺参数优化

为了优化装备零件再制造激光熔覆工艺参数,提高熔覆层的质量,选取激光功率(A),送粉量(B),扫描速度(C)为优化变量,将熔覆层高度(H)和宽度(W)作为响应指标,基于响应面分析法,利用Design-Expert软件设计中心复合实验,对实验结果进行方差分析,建立工艺参数相对于响应指标的回归预测模型。通过分析建立的摄动图与3D响应面,结果表明:激光功率与送粉量对于熔覆层高度和宽度的影响最为显著,同时送粉量与扫描速度、激光功率与送粉量的交互作用分别对于熔覆层高度和宽度有显著影响。装备零件再制造激光熔覆的最优工艺参数为:激光功率3.94 k W,送粉量60 g/min,扫描速度4mm/s。     

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。     

NAK80模具钢表面2种激光器熔覆Ni基碳化钨合金层组织结构及耐磨性比较

为了研究激光器对Ni基碳化钨合金熔覆层组织结构和性能的影响,分别采用Nd:YAG与CO2激光熔覆技术在NAK80模具钢表面制备了Ni基碳化钨合金层,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪、显微硬度计以及摩擦磨损试验机测试分析了2种熔覆层的组织结构、显微硬度及耐磨性能。结果表明:2种熔覆层与基体之间均呈现良好的化学冶金结合;熔覆层组织主要为粗大的未熔碳化钨颗粒和均匀分布的树枝晶,Nd:YAG激光熔覆层的组织比CO2激光熔覆层的细小;2种熔覆层相结构主要包括WC,W2C,Cr23C6,NiCr,CrB2以及γ-Ni等;2种激光器熔覆处理后,NAK80模具钢表面硬度和耐磨性都得到显著改善,CO2激光熔覆层的硬度和耐磨性高于Nd:YAG激光熔覆层,2种激光熔覆试样的磨损机制均为磨粒磨损。     

2205钢表面激光熔覆Ni基+WC合金涂层的研究

采用激光熔覆技术在2205双相不锈钢表面制备Ni基与WC合金熔覆层,并对添加不同WC含量的合金粉末在相同激光熔覆工艺参数下的合金熔覆层进行成分和性能分析,探讨不同WC添加量对熔覆层微观组织、耐腐蚀性能及硬度的影响。研究结果表明:激光熔覆层与基体之间获得了良好的冶金结合,熔覆层与基体元素有较好的对流和扩散;熔覆层的耐腐蚀性能随WC添加量的增加呈负相关,在WC添加量为15%时,熔覆层的耐腐蚀性能最差;熔覆层的硬度值从熔覆层至基体呈梯度降低趋势,熔覆层硬度约为基体硬度的2~3倍,而单一熔覆Ni基WC合金层硬度值变化较大。     

激光熔覆工艺参数对MoFeCrTiWAlNb高熔点高熵合金涂层组织和性能的影响

为了提高工具铜的重复使用寿命,通过激光熔覆技术在高速钢表面成功制备了MoFeCrTiWAlNb高熔点高熵合金涂层,利用金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM/EDS)、显微硬度计等设备,探究了激光功率、激光扫描速率对高熵合金涂层显微组织和硬度的影响规律.结果 表明:当激光功率较小时,熔覆层较浅,熔覆层表面出现起球、孔洞等缺陷;随着激光功率的增加,涂层表面形貌更加平整均匀,涂层显微组织由胞状枝晶和颗粒状组织组成,涂层显微硬度先增加后减小.随着激光扫描速率的增加,熔覆层成型质量变差,但涂层组织更加细小均匀,涂层显微硬度逐渐提高.较优的工艺参数为激光功率2.6 kW、扫描速率4 mm/s.     

Fe90合金激光熔覆工艺优化及性能研究

针对以18Cr2Ni4WA渗碳钢为材质的车辆典型零件磨损面激光再制造问题,采用Fe90合金粉末进行了失效零件的激光熔覆再制造工艺研究;以熔覆层为分析对象,通过SN比和方差分析获得影响熔覆层稀释率的显著因素为激光功率和送粉量,并给出了工艺参数与稀释率关系的定量袁征关系范围,综合组织、相组成分析了熔覆层具有较高硬度的原因....     

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...     

基于田口灰色关联法对Fe06-15% TiC熔覆层激光工艺参数的优化

激光熔覆技术作为一种新型的表面改性技术已广泛用于各个领域。熔覆层的形貌和质量与激光工艺参数直接相关,为了获得合适的工艺参数,采用田口法设计了三因素五水平共25组的正交试验,将激光功率、扫描速度、送粉率作为输入参数,将熔覆层宽度、熔覆层高度、稀释率作为输出参数（响应目标）,用等值线图和曲面图直观反映输入参数与输出参数的关系;用信噪比（SNR）和方差分析（ANVOA）进一步分析输入参数与输出参数的关系。接着结合灰色理论将三个响应目标转化为单一的灰色关联度（GRG）进行分析,得到最优的激光工艺参数组合为：激光功率1 000 W、扫描速度3 mm/s、送粉率1.4 r/min。最后进行验证试验,发现三个响应目标均得到改善。此参数下形成的熔覆层从形貌和微观组织上都要比其他参数下更有优势,验证了田口灰色关联法的可靠性。