激光熔覆Zr65Al7.5Ni10Cu17.5复合涂层组织结构

在Ti基体上激光熔覆Zr65Al7.5Ni10Cu17.5合金粉末,得到含非晶、纳米晶复合涂层。涂层由金属间化合物和非晶、纳米晶构成。涂层按组织形貌分为3层:表面枝晶区、中部细晶区和结合区枝晶区。金属间化合物为Al2Zr3,CuZr2和Zr2Ni,纳米晶为简单四方Al2Zr3相,晶格常数为:a=b=76.18nm,c=69.85nm。     

Zr65Al7.5Ni10Cu17.5非晶合金激光熔凝的热效应模拟

为了研究激光增材制备非晶合金过程中熔池和热影响区的成形机制, 利用有限元软件ANSYS, 对激光增材制造技术的基础过程-激光快速熔凝Zr₆₅Al_7.5Ni₁₀Cu_17.5非晶合金的热效应进行了数值模拟分析。结果表明, 激光单点熔凝时, 熔池的平均冷却速率为6.3×104K/s, 热影响区的平均冷却速率为1.4×104K/s, 远高于Zr₆₅Al_7.5Ni₁₀Cu_17.5非晶合金的临界冷却速率1.5K/s, 说明激光单点熔凝的热变化满足非晶合金的生长条件; 激光单道熔凝过程中, 熔池的平均冷却速率仍比较高, 为2.11×102K/s, 但热影响区的平均冷却速率较低, 为74K/s, 且热影响区会产生弛豫累积, 可能造成一定程度的晶化。此研究为激光增材制备非晶合金材料提供热效应的理论基础。     

Zr-Al-Ni-Cu激光熔覆非晶复合涂层组织结构

在Ti基底上激光熔覆Zr_(65)Al_(7.5)Ni_(10)Cu_(17.5)合金粉末,得到含非晶、纳米晶和金属间化合物复合组织涂层。结构分析和微观表征表明,晶体相为简单正方的Al_2Zr_3及Zr_2Cu、Zr_2Ni。熔覆层与基本结合区为典型外延生长柱状晶,最终凝固形成(Ti/Zr)固溶体。     

Zr基大块非晶合金的激光焊接

采用激光焊接技术,对Zr基大块非晶合金(BAA)Zr45Cu48Al7(原子数分数(%))进行了焊接实验,研究在激光焊接下不同工艺参量对焊接接头组织的影响,初步探讨了在焊接热循环过程中焊缝和热影响区的晶化行为。结果表明,在激光输出功率1200 W,焊接速率8 m/min的条件下,成功地获得了无气孔和裂纹等缺陷的焊接接头。焊缝和热影响区均没有出现晶化现象,仍然保持非晶结构。而当激光输出功率不变,焊接速率分别为2 m/min,4 m/min的工艺条件下,焊接后的接头则出现了不同程度的晶化现象。利用光镜和微区X射线衍射(XRD)实验分析确定:2 m/min条件下焊缝和热影响区均出现了晶化现象,晶化相主要为ZrCu相和Zr38Cu36Al26相(5τ);4 m/min条件下焊缝未出现晶化现象而热影响区出现晶化,晶化相主要为ZrCu相和5τ相。     

激光诱导自蔓延反应合成非晶复合材料组织与性能

利用构成Zr基大块非晶合金体系的主要组元之间具有很大的负混合焓而能发生很强放热反应的特点 ,设计了激光诱导自蔓延反应合成大块非晶合金的工艺。针对Zr Al Ni Cu合金体系的初步研究表明 ,合成产物主要是由非晶 ,Zr3Al2 及Zr2 Cu型金属间化合物所构成。随着掺杂 (Zr,C)含量的增加 ,合成产物中非晶比例降低 ,而硬度及耐磨性增加。     

Ti_(47)Cu_(38)Zr_(7.5)Fe_(2.5)Sn_2Si_1Ag_2合金激光重熔非晶化行为

利用功率为500 W的光纤激光器对晶态Ti_(47)Cu_(38)Zr_(7.5)Fe_(2.5)Sn_2Si_1Ag_2合金基体进行了激光重熔实验,研究了不同工艺对熔池形貌及晶化的影响。结果表明,单道重熔的熔池内易获得非晶组织,且随着扫描速度减小,熔池形貌逐渐由球冠状向漏斗状转变。搭接重熔下,扫描宽度较大时重熔区内出现熔道搭接造成的热影响区晶化带;扫描宽度较小时由于热累积效应显著,熔池展宽和扫描宽度接近,重熔区内基本为非晶态。面扫描过程中,由于热累积匙孔效应更突出,熔池熔深显著增大,熔池底部出现少量气孔。     

激光焊接Zr45Cu48A17块体非晶合金

为了研究激光技术焊接块体非晶合金的可行性,采用激光焊接块体非晶合金Zr45Cu48Al7。当焊接速度为8m/min、激光输出功率为1.2kW时,焊缝和热影响区均保持了非晶特性,且没有发现裂纹等的缺陷;试样的热循环温度曲线分析表明,焊缝和热影响区急速从熔点冷却到430℃以下是该试样保持非晶的原因。结果表明,采用激光焊接技术可以成功连接块体非晶合金。     

退火温度对Fe_(40)Co_(40)Zr_7Nb_2AlB_9Cu合金的结构、热行为及磁性能的影响

采用单辊快淬法制备了Fe40Co40Zr7Nb2AlB9Cu非晶合金薄带,在不同温度下对其进行等温退火处理。研究了退火温度对合金的结构、热行为和磁性能的影响。结果表明:Fe40Co40Zr7Nb2AlB9Cu非晶合金的DTA曲线存在2个晶化放热峰,晶化激活能分别为267.3 kJ/mol和188.3 kJ/mol。其晶化过程为:非晶→非晶+α-FeCo→α-FeCo+Co2Zr+ZrCo3B2+Fe(Co)3Zr。α-FeCo相的晶化体积分数和晶粒尺寸随退火温度的升高而逐渐增大。低于873 K退火时,矫顽力变化不明显;873 K退火时,矫顽力达到最小值0.27 kA/m;高于873 K退火时,矫顽力逐渐增大。     

激光点火功率对激光诱导自蔓延反应合成非晶基复合材料组织性能的影响

注意到构成Zr基大块非晶合金体系的主要组元之间具有很大的负混合焓,因而能够发生很强的放热反应。利用这一特点,我们首次设计了激光诱导自蔓延反应合成大块非晶合金的工艺。针对Zr-Al-Ni-Cu合金体系初步研究结果表明,合成产物主要是由非晶、Zr3Al2及Zr2Cu型金属间化合物所构成。增加激光点火功率,合成产物中非晶比例增加,而硬度降低。     

激光熔覆Ni42Zr30Ta28非晶合金涂层组织与性能研究

为了研究预置激光熔覆在45#钢制备Ni基非晶合金涂层,采用非晶形成能力三判据原则及非晶成分团簇线定律法则,选取常规非晶合金制备方法中具有较强非晶形成能力的Ni42Zr30Ta28合金成分,并对不同输出功率下得到的熔覆层微观组织和力学及腐蚀性能进行了理论分析和结果验证,取得了涂层的显微硬度、耐磨性、耐盐性的数据。结果表明,激光熔覆Ni42Zr30Ta28涂层中除含有非晶相外还含有Ni3Zr,Ni5Ta,Ni7Zr2等晶化相。相比45#钢,非晶合金涂层在力学和腐蚀性能上都有较大提高。当激光功率为3300W时,熔覆层表层显微硬度值最大为1496.4HK,表面磨损率为0.778g·mm-2;涂层由于非晶相的存在耐蚀性有明显提高,在功率为3000W时,试样单位面积增重量为0.0026g·mm-2,耐盐性最好。这为高能激光制备大面积非晶涂层提供了理论依据。     

激光熔覆Ni42Zr30Ta28非晶合金涂层组织与性能研究

为了研究预置激光熔覆在45#钢制备Ni基非晶合金涂层,采用非晶形成能力三判据原则及非晶成分团簇线定律法则,选取常规非晶合金制备方法中具有较强非晶形成能力的Ni42Zr30Ta28合金成分,并对不同输出功率下得到的熔覆层微观组织和力学及腐蚀性能进行了理论分析和结果验证,取得了涂层的显微硬度、耐磨性、耐盐性的数据.结果表明,激光熔覆Ni42Zr30Ta28涂层中除含有非晶相外还含有Ni3Zr,Ni5Ta,Ni7Zr2等晶化相.相比45#钢,非晶合金涂层在力学和腐蚀性能上都有较大提高.当激光功率为3300W时,熔覆层表层显微硬度值最大为1496.4HK,表面磨损率为0.778g*mm-2;涂层由于非晶相的存在耐蚀性有明显提高,在功率为3000W时,试样单位面积增重量为0.0026g*mm-2,耐盐性最好.这为高能激光制备大面积非晶涂层提供了理论依据.     

镁合金表面激光熔覆Cu-Zr-Al非晶复合涂层

采用激光熔覆技术在镁合金表面制备了Cu-Zr-Al非晶复合涂层。研究结果表明,非晶复合涂层主要是由非晶及Cu10Zr7和Cu8Zr3相构成,其中非晶相的摩尔分数约为60%。涂层结合区与基体之间的结合形态为非平直晶面型;热影响区由细小的α-Mg -βMg17Al12过饱和固溶体构成;由于高的铝含量增加了热影响区应力腐蚀敏感性,致使在金相腐蚀时其内部局部区域及与熔覆层结合处产生裂纹。在非晶相和金属间化合物复合作用下,复合涂层具有高的硬度、弹性模量、耐磨性和耐蚀性。     

激光焊接Zr45Cu48A17块体非晶合金

为了研究激光技术焊接块体非晶合金的可行性,采用激光焊接块体非晶合金Zr45Cu48A17.当焊接速度为8m/min、激光输出功率为1.2kW时,焊缝和热影响区均保持了非晶特性,且没有发现裂纹等的缺陷;试样的热循环温度曲线分析表明,焊缝和热影响区急速从熔点冷却到430%以下是该试样保持非晶的原因.结果表明,采用激光焊接技术可以成功连接块体非晶合金.     

Fe_(81)Zr_7Nb_2B_(10)和Fe_(78)Co_(2.5)Zr_7Nb_2B_(10)Cu_(0.5)合金的热性能、微观结构及磁性能研究

采用单辊快淬法制备了Fe81Zr7Nb2B10和Fe78Co2.5Zr7Nb2B10Cu0.5非晶合金,在不同温度下对两种合金进行了热处理。利用差热分析仪(DTA)、X射线衍射仪(XRD)和振动样品磁强计(VSM)等仪器对两种合金的热性能、微观结构和磁性能进行了测试分析。结果表明在Fe78Co2.5Zr7Nb2B10Cu0.5合金的晶化过程中存在预结晶效应,而在Fe81Zr7Nb2B10合金的晶化过程中没有。Fe81Zr7Nb2B10和Fe78Co2.5Zr7Nb2B10Cu0.5合金经803 K退火后,分别有α-Fe和α-Fe(Co)相从非晶基体中析出。随退火温度的升高,两种合金的比饱和磁化强度(Ms)变化趋势相似,但矫顽力(Hc)变化趋势明显不同。     

Fe81Zr7Nb2B10和Fe78Co2.5Zr7Nb2B10Cu0.5合金的热性能、微观结构及磁性能研究

采用单辊快淬法制备了Fe81Zr7Nb2B10和Fe78Co2.5Zr7Nb2B10Cu0.5非晶合金,在不同温度下对两种合金进行了热处理。利用差热分析仪(DTA)、X射线衍射仪(XRD)和振动样品磁强计(VSM)等仪器对两种合金的热性能、微观结构和磁性能进行了测试分析。结果表明在Fe78Co2.5Zr7Nb2B10Cu0.5合金的晶化过程中存在预结晶效应,而在Fe81Zr7Nb2B10合金的晶化过程中没有。Fe81Zr7Nb2B10和Fe78Co2.5Zr7Nb2B10Cu0.5合金经803 K退火后,分别有α-Fe和α-Fe(Co)相从非晶基体中析出。随退火温度的升高,两种合金的比饱和磁化强度(Ms)变化趋势相似,但矫顽力(Hc)变化趋势明显不同。     

铸造成形工艺中的3D打印激光制备力学性能实验研究

采用3D打印激光进行Zr55Cu30Ni5Al10样品的制备,并对其微观结构及力学性能进行实验研究.结果表明,样品热处理过程中,在过冷液态区,样品的保温时间、保温效果、温度变化情况等均会影响其弛豫焓、晶化焓等.在热处理过程中,样品温度越高则保温时间也越长,纳米晶体的变化会导致晶化焓数值较低,弛豫焓会出现先增后减趋势.在...     

TiAl合金表面激光重熔复合陶瓷涂层温度场数值模拟及组织分析

为了研究激光重熔工艺参数对等离子体喷涂复合陶瓷涂层组织结构的影响,根据激光重熔的特点,采用ANSYS有限元软件的参数化设计语言,建立了TiAl合金表面激光重熔等离子体喷涂Al2O3-13%TiO2(质量分数)复合陶瓷涂层连续移动三维温度场有限元模型,对激光重熔温度场进行了分析.分析结果表明,当陶瓷涂层厚度较大时,受到陶瓷材料导热系数较低的影响,激光重熔时无法使整个陶瓷层实现完全重熔,根据重熔时作用区温度场分布,可将整个涂层分为重熔区、烧结区和残余等离子体喷涂区;在优化的工艺参数下,采用相对较低的激光重熔功率和较低的扫描速度能够获得厚度较大的重熔区和烧结区.实验结果表明,重熔后的陶瓷涂层形成了晶粒细小且致密的等轴晶重熔区、烧结区和片层状残余等离子体喷涂区,并且重熔区和烧结区厚度的计算值和实验值吻合较好.     

激光重熔法制备Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶块材

通过激光快速熔化Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶薄带,微小的熔池快速凝固后直接得到具有纳米晶结构的块材.纳米晶结构的块材的尺寸决定于激光重熔工艺.当激光的输入光斑直径为20mm~40mm、输出光斑直径约为2mm、激光的扫描速度为5mm/s时,可以得到2mm深度,长度与宽度不限的纳米晶块材.组织分析表明,得到的纳米晶块材的晶化主相是α-FeSi相,其晶粒尺寸大约为25nm,同时,还有球状Nb富集区生成.     

Cu-Zr-Al非晶合金成分设计与激光熔覆

在采用团簇线判据优化设计Cu-Zr-Al非晶合金成分的基础上，采用激光熔覆技术在AZ91HP镁合金表面制备了Cu-Zr-Al合金涂层。研究结果表明，合金涂层是由非晶、Cu8Zr3和Cu10Zr7相所组成。通过X射线峰位分离计算表明，随着扫描速度增加，由于熔覆区冷却速率增大，稀释度降低，致使合金涂层中非晶相的相对含量上升，其最高质量分数可达61％。同时，由于金属间化合物的增强作用随着扫描速度的增加而减弱，致使合金涂层的硬度、弹性模量、耐磨性降低，而耐蚀性增高。     

非晶Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金的激光纳米晶化研究

在相同激光扫描速度(20mm／s)和不同激光功率(150W，200W，250W，300W)工艺条件下，利用CO2激光对铁磁Fe73．5Cu1Nb3Si13．5B9非晶带进行了辐照处理，诱导非晶带样品发生纳米晶化。应用穆斯堡尔(Mossbauer)谱(MS)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)对实验样品的晶化工艺、纳米晶相的组织结构、晶化量和纳米晶化机理等进行了研究。结果表明，晶化析出相是α-Fe(Si)单相固溶体，具有4种超精细结构；其晶粒尺寸约为10～20nm；纳米晶均匀分布在非晶基体上，形成非晶相与纳米晶化相的双相组织结构。随着激光功率的增加，纳米晶化量随着增加，可通过控制激光处理工艺参量，来实现纳米晶化量的控制。