激光熔覆技术研究现状及其发展

在简要阐释激光熔覆技术工作原理和技术特点的基础上,介绍了激光熔覆材料体系、工艺种类、工艺参数和涂覆层微观组织结构,另外讨论了激光熔覆技术所面临的主要问题,并提出了激光熔覆技术的发展趋势。重点介绍了所做的一些相关工作:激光熔覆MCrAlY涂层、激光熔覆纳米涂层、激光熔覆过程中热力耦合有限元数值模拟、激光熔覆过程裂纹形成机理及控制、激光熔覆纳米陶瓷颗粒增强金属基梯度涂层以及激光多层熔覆大厚度纳米热障陶瓷涂层成型控制等。     

激光熔覆Al2O3-NiCrAl层的脆性及摩擦磨损特性

利用SEM，TEM，EDAX，声发射及磨损试验等方法研究了激光熔覆Al2O3-NiCrAl复合陶瓷层的组织结构、脆性及其干滑动摩擦磨损特性。结果表明：Al2O3激光馆覆层由α-Al2O3往状晶及往晶间少量的Ni2Al18O29相组成，熔覆层硬度达2351～2667Hv0.2，熔覆层的脆性与等离子喷涂层相比有所增大；其耐磨性能为等离子喷涂层的2倍左右，在滑动摩擦条件下熔覆展的磨损机制是脆性剥落和磨料磨损。     

激光熔覆工艺参数对熔覆层组织的影响

采用激光熔覆技术在铸钢表面上形成了陶瓷颗粒增强的铁基复合熔覆层,研究了激光熔覆过程中工艺参数对熔覆层显微组织的影响,用X射线衍射、扫描电镜和光学显微镜对熔覆层微观组织的特征进行了观察和分析.结果表明:激光熔覆后的复合层与基材之间形成了良好的冶金结合,熔覆层的组织由马氏体α-Fe和碳氮化钛Ti(C、N)颗粒组成.在其他工...     

铝基体表面等离子喷涂后激光二次熔覆陶瓷层的研究

对铝合金基体表面等离子喷涂陶瓷后进行激光二次熔覆陶瓷，获得了表面光滑、连续、致密、无裂纹和孔隙等缺陷的陶瓷熔覆层，避免了等离子喷涂陶瓷后激光重熔工艺无法避免的裂纹问题。陶瓷熔覆层的组织为柱状晶.其生长方向与基体表面垂直。等离子喷涂后激光二次熔覆陶瓷工艺还可以获得较高的熔覆效率。     

激光熔覆高厚度涂层技术研究现状及发展趋势

激光熔覆是一项重要的材料改性新技术,有着良好的应用前景。随着机械强度的提高,低厚度的熔覆层已不能满足要求,激光熔覆向着制备高厚度涂层方向发展。现在主要通过激光单层和多层熔覆两种技术手段来获得高厚度熔覆层,其中多层熔覆技术分为恒定成分多层熔覆和梯度多层熔覆。综述了激光单层熔覆和多层熔覆的研究现状,并着重介绍了梯度多层熔覆的研究现状,最后展望了该技术的发展趋势。     

纳米SiC激光熔覆陶瓷涂层组织结构分析

将激光熔覆引入纳米陶瓷涂层工艺，进行了纳米SiC的激光熔覆试验，分析了纳米陶瓷材料激光熔覆工艺的影响因素，得到了合理的纳米SiC粉末激光熔覆工艺。通过X射线衍射(XRD)分析，扫描电镜(SEM)等手段，对所制备的纳米陶瓷涂层进行组织结构分析。试验表明：采用获得的激光熔覆工艺，能够有效缓解现有纳米陶瓷涂层工艺中材料晶粒过渡生长、致密度等问题，实现高质量纳米结构SiC陶瓷涂层制备。熔覆过程中，部分SiC纳米粉末发生分解，生成Si与C，产物保持纳米结构。     

Fe-C合金表面激光熔覆制备颗粒增强复合材料层的研究

在Ｃ－Ｓｉ－Ｂ激光合金化和Ｆｅ－Ｃ－Ｓｉ－Ｂ激光熔覆的基础上,通过往熔覆粉末中加入适量钛粉和ＷＣ陶瓷,在钢和铸铁表面均获得了组织均匀、细化、无缺陷的颗粒增强复合材料层。这种熔覆层具有优异的耐磨性。     

激光熔覆陶瓷涂层与金属基体之间的界面特性

本文综述了激光熔覆陶瓷涂层与金属基体之间界面结构及性能方面的研究情况,提出了提高界面结合强度的措施,同时展望了激光熔覆陶瓷技术的应用前景.     

氧化锆掺杂激光熔覆涂层成形、结构与增韧机制

本文利用氧化锆陶瓷在不同凝固成形条件下具有相结构变化的特点,将其作为激光熔覆涂层的增韧相.激光熔覆试验结果表明含氧化锆增韧激光熔覆涂层成形关键在于控制熔池熔体的流动性,低的激光线功率密度有助于分层现象的消除:扫描电镜和能谱分析表明氧化锆陶瓷在熔覆层中没有显著的富集,且点状弥散分布较均匀,同时XRD图谱证明激光熔覆层中氧化锆为单斜相结构,达到了利用氧化锆相变消除残余热应力裂纹的目的,从而可以解决激光熔覆裂纹产生的关键问题.     

激光熔覆Al2O3-13% TiO2陶瓷层制备及其抗热震性能

利用高频感应辅助激光熔覆技术在镍基高温合金基体上制备了NiCoCrAl-Y2O3黏结层及Al2O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷层。通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪分析了涂层的微观结构。实验结果表明,在高频感应辅助激光的作用下,基体与黏结层、黏结层与陶瓷层之间的界面均展现了良好的结合特性,具有明显的界面扩散现象。陶瓷层在激光的作用下形成了三维网状结构,该结构使得陶瓷材料中的TiO2材料与Al2O3材料均匀分布,减少了因不同材料聚集所产生的内应力。同时对涂层进行了热震实验,结果证明了利用高频感应辅助激光熔覆技术制备的Al2O3-13%TiO2陶瓷层具有良好的抗热震性能,适合工作于高温环境。     

医用镁合金激光制备羟基磷灰石涂层研究

为了提高医用镁合金的表面耐蚀性和生物相容性,采用激光技术在镁合金表面制备羟基磷灰石(HA)涂层.研究主要采用如下两种方法制备HA涂层:激光熔覆法;等离子喷涂+激光重熔法.研究结果表明,由于镁合金和HA的物化差异较大,采用激光熔覆法所制备的涂层为不连续的泪珠状,成型非常困难,涂层中镁稀释较大,严重影响涂层的耐蚀性和生物相容性;然而采用等离子喷涂+激光重熔处理则较易在镁合金表面制备HA涂层,涂层连续且无剥落,相组成为生物相容性较好的HA和少量的Ca_3(PO_4)_2(TCP),涂层表面存在一些有利于骨长入的裂纹和孔隙.所以,采用等离子喷涂+激光重熔能够在医用镁合金表面制备生物相容性和耐蚀性较好的HA涂层.     

激光重熔对Ni/WC涂层组织结构的改善机制研究

为了进一步探讨激光重熔等离子喷涂金属陶瓷涂层的组织与性能。本文通过等离子喷涂设备在45钢表面上制备了Ni/WC金属陶瓷涂层,再进行激光重熔处理,然后利用SEM、XRD、Photoshop软件及显微硬度测试仪等分析测试手段研究了该涂层在激光重熔前后的组织性能变化。结果表明:激光重熔前涂层为典型的层状结构,基体与涂层的结合面为机械结合,涂层内有大量未熔WC颗粒,且XRD检测其高温作用使得喷涂颗粒发生分解,分解出的C元素与其他元素发生反应生成新的化合物,丰富了涂层的硬质相;激光重熔后涂层中颗粒细化,分布均匀且能消除涂层中大部分孔隙和WC团聚。WC再次发生分解,生成新的硬质相,与周围的Ni形成“软基相+硬质点”的组合分布,基体与涂层的结合方式由机械结合转变为冶金结合。孔隙率由7.02%降到了3.08%,显微硬度也相应提高,且涂层显微硬度比基体高了255HV。     

以纳米SiC为填料的激光重熔等离子喷涂陶瓷涂层组织及耐腐蚀性能的研究

在45#钢表面,以等离子喷涂技术制备了WC/Co-NiCrAl涂层(TC-1)。采用激光直接重熔等离子喷涂陶瓷涂 层技术制备了激光重熔WC/Co-NiCrAl/laser-remelting陶瓷涂层(FC-2);以纳米SiC粉末为填料,对等离子喷涂层进行 了填料下的激光重熔,制备了纳米SiC改性的WC/Co-NiCrAl/nano-SiC复合陶瓷涂层(FC-3)。采用X射线衍射、扫描电 镜对三种涂层微观组织进行了分析,同时对陶瓷涂层的耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,TC-1涂层由WC,W2C, W6C2.54,W,Co,CoO组成;TC-2重熔层由WC,W2C,CoO及W组成;纳米改性后的重熔层TC-3由SiC,Si2W,WC,W及 CoO组成。在激光作用下,原等离子喷涂层WC/Co的片层状组织得以消除。与TC-1涂层相比,TC-2及TC-3陶瓷涂层 致密化程度明显提高,涂层耐腐蚀性能也得到了明显的改善。     

等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层激光熔化深度的研究

采用一维半无限模型和双层板理想接触模型对等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层激光重熔的熔化层厚度进行了计算,并与实验结果进行了比较.激光加热速度和熔区自冷却速度达105℃/s以上,温度梯度达105℃/mm以上;双层板理想接触模型的计算结果比一维半无限模型的结果更接近实验值.涂层设计对熔化层厚度有显著影响,喷有单一陶瓷层的熔化厚度最大,粘结层和过渡层引入之后,熔化层厚度下降,且还随SiO2的含量增加而进一步下降.在具有相同涂层设计时,熔化层厚度随激光能量密度的增大而增大.     

TiAl合金表面激光重熔等离子喷涂MCrAlY涂层热力耦合有限元分析

根据激光重熔的特点,采用ANSYS有限元软件中的间接热力耦合方法,建立了TiAl合金表面激光重熔等离子喷涂NiCoCrAl-Y2O3涂层热力耦合有限元模型,对激光重熔温度场和应力场进行了分析.通过该计算模型,可以掌握激光重熔以及冷却过程中温度场和应力场随时间的变化规律.在温度场和应力场分析的基础上,讨论了激光重熔层中裂纹形成的机理及影响因素,并提出了一些解决重熔层裂纹产生的主要方法.     

添加剂SiO2在等离子喷涂陶瓷涂层及其激光重熔中的作用研究

系统研究了添加剂 Si O2 在等离子喷涂陶瓷涂层及其激光重熔中的作用 .添加剂 Si O2 的 液相烧结 作用在高熔点 Zr O2 陶瓷涂层中比较明显 ,而在较低熔点 Al2 O3陶瓷中不明显 .在激光重熔中 ,Si O2 能降低 Zr O2 熔化层应力并阻碍裂纹扩展 ;在 Al2 O3陶瓷涂层中 ,Si O2 还能使熔化层晶粒均匀化 ,并在晶粒间形成连续玻璃质抑制裂纹形成、阻碍裂纹扩展 .而 Al2 O3陶瓷涂层中的Ti O2 ,激光处理时生成 Ti Al2 O5,此相导致熔化层产生巨大的不对称应力使之易出现裂纹 ,但其能提高涂层的致密度和耐磨性     

激光重熔对火焰喷涂法制备Ni-WC复合涂层耐磨性能的影响

利用CO2激光对火焰喷涂制备的Ni-WC复合涂层进行了重熔实验,通过扫描电镜(SEM)观察了其重熔后表面形貌,测试了含有不同WC体积分数样品重熔前后的涂层显微硬度,并分析了WC含量对涂层组织及耐磨性的影响。实验结果表明,火焰喷涂制备的涂层气孔随着WC颗粒含量增大而增多,经激光重熔后气孔明显减少;激光重熔后的涂层显微硬度比火焰喷涂的涂层显微硬度提高约20%,WC体积分数为6%时涂层显微硬度达到最大值;激光重熔处理后的涂层耐磨性随着WC含量的增加而增大,WC体积分数为6%时,其耐磨性达到最佳值。     

激光重熔对TC4钛合金表面激光原位熔覆层微观组织与性能的影响

为了进一步提高激光原位熔覆层的质量,利用激光重熔方法对TC4钛合金表面激光原位熔覆层进行了处理。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计分别对比研究了熔层的显微组织、相分布和显微硬度。结果表明,适当工艺参数的激光重熔处理可以消除位于原位熔覆层底部的大气孔,可以使熔层中的陶瓷相分布更均匀,从而提高熔层的组织致密性;激光重熔处理后熔层硬度值的梯度变化减弱,熔层的平均显微硬度与质量的稳定性均得到提高。     

工艺参数对激光重熔等离子喷涂Ni基WC复合涂层影响

采用激光重熔工艺对等离子喷涂预置Ni基WC复合涂层进行处理,研究了激光工艺参数对涂层微观组织和性能的影响。用扫描电镜(SEM)、显微硬度计和球-盘式摩擦磨损机分析了涂层微观结构、显微硬度和高温摩擦磨损特性。结果表明,激光重熔消除了等离子喷涂层的片层状结构、孔隙等缺陷,涂层致密性提高;随着激光功率的增加,WC颗粒烧损和溶解增多,同时涂层稀释率变大;激光重熔处理后涂层的显微硬度和磨损性能显著高于原等离子喷涂层,但激光功率对其有较大的影响,工艺参数的合理选择有利于WC颗粒适当熔化,从而在涂层中保留较高比例的硬质相,同时使WC颗粒与Ni基体的结合较强,达到较高的显微硬度和耐磨性能。