镁合金表面激光熔覆Ni-Zr-Al合金涂层成分设计与组织性能

基于团簇线判据优化设计Ni-Zr-Al合金成分的基础上,采用激光熔覆技术在AZ91 HP镁合金表面制备了Ni60.2Zr33.8Al6合金涂层.结果表明,由于所设计的镍基合金具有低的熔点和良好的润湿性能,致使合金涂层与镁合金基体之间实现了良好的冶金结合.合金涂层主要是由非晶相,Ni21Zr8和Ni10Zr7金属间化合物构成.由于非晶和金属间化合物复合增强作用及其高的化学稳定性,致使合金涂层具有高的硬度、良好的耐磨和耐蚀性能.     

激光熔覆Ni-Zr-Nb-Al非晶复合涂层组织结构及性能研究

为了制备Ni基非晶涂层,采用激光熔覆方法在45#钢基体上制备Ni60.5Zr19.63Nb18.07Al1.8非晶复合涂层,分析了涂层显微组织及物相,测得了表征力学及耐蚀性能的实验数据。结果表明,涂层中存在大量呈树枝状和胞状的晶体相,由X射线衍射分析可知,涂层中出现了非晶及NiZr2,Ni5Nb,Al2O3和Fe-Ni金属间化合物等物相;当功率为3600W时,涂层中白色非晶相含量最多,且组织最为细小;功率为3000W时,涂层最高硬度在最表面,达到2399.9HK,表面耐磨失重为0.5921mg·mm-2;涂层耐蚀性能在功率为3600W时最佳,致钝电流密度最小为3.05mA/m2,钝化区间最宽为1170mV。由新判据设计的Ni60.5Zr19.63Nb18.07Al1.8成分具有较强非晶形成能力。     

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。     

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。     

激光诱导燃烧合成Zr55Ti10.8Al17.1Ni17.1合金组织性能

大块非晶合金与许多金属间化合物一样,其主要组元之间有较大的负混合焓,有可能发生自蔓延反应.利用这一特点,设计了激光诱导燃烧合成非晶合金的工艺方法.用激光诱导燃烧合成的方法合成了Zr55Ti22Ti 10.8Al 17.1合金.分析发现,合成产物主要由非晶、Zr2Ni和Zrr6Al2Ni金属间化合物和Ti/Zr固熔体组成.合成产物与单相非晶合金相比,具有较高的硬度和较低的摩擦系数.     

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。     

H13钢表面激光选区熔覆Ni-Al金属间化合物涂层的组织与性能

通过控制Ni 基自熔性合金粉末中Al 的含量,在H13 热作模具钢表面分别原位制备了Ni3Al和NiAl 金属间化合物复合熔覆涂层。借助光学显微镜和X 射线衍射仪对不同熔覆涂层的化学组成和物相结构进行了分析。结果表明,四种不同Al 含量的熔覆层均显现出平整致密、无明显缺陷的宏观特征。随着Al 含量的增加,熔覆层显微形貌呈现出底部枝晶区域增加及枝晶逐渐粗化,甚至出现胞状晶的现象。熔覆层在未加入Al 时,其主要物相为Ni3Fe 及（Ni, Cr）固溶体。随着Al 含量的增加,主要物相则由最初的Ni3Al 金属间化合物、（Ni, Cr）固溶体到Ni3Al、NiAl 金属间化合物和（Fe,Cr）固溶体,再到最终Al 含量达到13.9%时的NiAl 金属间化合物和（Fe,Cr）固溶体。同时,Al 含量的提高使得涂层中杂质相减少。熔覆层摩擦系数均低于基体,最高显微硬度为基体的3.5 倍,耐磨性较基体提高了5.8 倍。     

合金的玻璃形成能力对激光重熔Zr基非晶热影响区晶化的影响

通过脉冲激光重熔Zr55All 0Ni5Cu30非晶合金和Zr65Al7.5Ni10Cu17.5非晶合金,分析了具有不同玻璃形成能力的非晶合金热影响区晶化行为的差异。结果表明,玻璃形成能力稍差的Zr65Al7.5Ni10Cu17.5非晶合金比玻璃形成能力强的Zr55All 0Ni5Cu30非晶合金热影响区晶化严重。激光重熔Zr55Al10Ni5Cu30非晶合金4次后,热影响区仅有稀疏的球状晶粒析出;而激光重熔Zr65Al7.5Ni10Cu17.5非晶合金1次时,热影响区布满球状晶粒,激光重熔4次后,晶化晶粒长大明显,且在球状晶粒的内部呈现树枝状放射生长形态。激光重熔热影响区非晶合金的晶化行为与该合金的玻璃形成能力密切相关。玻璃形成能力越高,越有利于保持热影响区的非晶状态。     

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。     

激光重熔层稀释区与熔覆区界面区域的组织结构

利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对Ti6Al4V(TC4)合金表面激光重熔的NiCrBSi/TiN涂层稀释区与熔覆区界面组织进行了分析.结果表明,稀释区与熔覆区界面区域的快速凝固组织为Ti-Ni,Ti-Cr金属间化合物和Ti-N化合物.Ti-Ni,Ti-Cr金属间化合物中部分的Ti,Ni原子被熔池中的Cr,Al等原子所取代,形成了以Ti2Ni,TiNi和Cr2Ti为基的化合物.Ti-N两相之间的Ti2.6Ni1.33组织有许多的蜂窝",最大尺寸约为40 nm,较小的为10 nm以下.这是由于熔体中的气团"来不及逸出,在快速凝固中滞留的结果.     

镁合金表面宽带激光熔覆Cu-Zr-Al合金涂层

采用宽带激光熔覆技术在镁合金表面制备了Cu-Zr-Al合金涂层。研究结果表明,Cu-Zr-Al合金涂层是由ZrCu、Cu8Zr3、Cu1 0Zr7和Cu5 1Zr1 4金属间化合物和α-Mg所构成,其中ZrCu相呈连续网状分布于由Cu8Zr3、Cu1 0Zr7、Cu5 1Zr1 4相所构成的灰色区周围。熔覆区和热影响区之间呈现出犬牙交错型界面结合特征。受熔覆材料元素扩散迁移的影响,热影响区具有典型的共晶组织形态。由于合金涂层中多种金属间化合物的增强作用,使合金涂层具有高的硬度、弹性模量、耐磨性和耐蚀性。     

激光熔覆Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层的组织及耐蚀性能

采用激光熔覆工艺在Q235钢表面制备了Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层,分析了Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层的组织结构,测试了Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层在0.5 mol/L HNO3溶液及0.5 mol/L HCl溶液中的耐蚀性能。结果表明:Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层主要分为熔覆区、结合区、热影响区,熔覆区组织主要由等轴晶组成,等轴晶上分布有微米尺度的粒子;合金相结构简单,由体心立方（BCC）及面心立方（FCC）结构组成;Cr元素和Ni元素的钝化作用及由Al元素形成Al2O3或Al2O3H2O膜使得Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层在0.5 mol/L HNO3溶液及0.5 mol/L HCl溶液中具有较好的耐蚀性能,自腐蚀电流密度与基体Q235钢相比降低一两个数量级;0.5 mol/L HCl溶液中的Cl-会穿透Ni0.5高熵合金涂层表面形成的钝化膜,出现轻微小孔腐蚀。     

铝合金激光熔覆Ni-WC涂层的组织及耐磨性

采用５ｋＷＣＯ２激光器，对ＺＡ１１１合金表面的Ｎｉ－ＷＣ等离子涂层进行了熔覆处理。利用ＳＥＭ和Ｘ射线衍射分析了激光层中的组织分布，并对激光处理后的试样进行了耐磨性实验。实验结果表明，激光熔层中的组织以镍铝基的金属间化合物Ａｌ３Ｎｉ，Ａｌ３Ｎｉ２，ＡｌＮｉ和Ｎｉ３Ａｌ为主；ＷＣ颗粒基本在熔区中熔化，在冷却过程中以弥散碳化物形式析出。这些组织的存在使得激光熔层具有很高的硬度，其润滑磨损耐磨性为未经激光处理喷涂层的１．７５倍和Ａｌ－Ｓｉ合金基体的２．８３倍。     

激光重熔NiCrBSi+TiN复合涂层及界面组织

在Ti4Al1V合金表面上进行了激光重熔NiCrBSi-TiN涂层试验，利用扫描电镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）等手段对熔覆层的组织进行了分析。探讨了TiN的行为及其对组织的影响，测试了熔覆层显微硬度。结果表明，熔覆层由（Cr-Ni-Fe),TiN，NiB，Cr2Ti，Ti2Ni等相组成。在激光重熔过程中TiN颗粒发生了大量的分解，部分分解而来的[Ti],[N]参与熔池冶金反应，[Ti]与NiCrBSi粉末中的Ni,Cr元素发生反应形成Cr2Ti,Ti2Ni金属间化合物，而[N]在冷却时又以TiN,TiN0.3,TiN0.9三种形式在不同部位原位析出，在结合区与热影响区之间有5-6μm的扩散层，Ni元素在扩散层内有明显的浓度梯度。     

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。