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。     

铝合金表面激光熔覆铁基合金涂层过渡区的特征

为了在铝合金表面获得无裂纹的熔覆层并提高铝合金的表面强度,通过热喷涂预制涂层,结合激光重熔在铝合金基体上进行了激光熔覆试验.利用SEM,XRD和电子探针(EPMA)等对涂层的形貌和成分分布以及过渡区的相组成进行了研究.结果表明:在Al合金表面可以获得低稀释率、无裂纹的铁基熔覆层;在熔覆过程中熔覆层/基材结合面处,Fe和Al反应生成的短棒状FeAl金属间化合物镶嵌在铝合金基体中,避免了裂纹形成.反应过程中释放的反应热使得熔覆层/基材结合面处形成锯齿状形貌.     

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。     

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.     

预热温度对灰铸铁表面激光熔覆镍基涂层组织与性能的影响

采用CO2激光器在HT250基体上分别以不同预热温度制备NiCuFeBSi合金熔覆层,研究基体预热温度对白口组织控制、结合界面元素分布及抗拉强度的影响。结果表明:提高预热温度,有利于降低半熔化区白口化趋势,白口组织呈断续分布,但也导致熔覆层稀释率增大,更多基体Si,P杂质元素稀释进入熔池形成杂质相。拉伸实验表明:熔覆层抗拉强度远大于HT250,熔覆层断裂机制为解理与准解理混合型断裂。观察发现NiCuFeBSi合金激光熔覆层凝固后晶粒内部存在大量位错线并交叉缠结形成亚结构,进一步细化了晶粒,有利于提高熔覆层的强度与性能。最终获得NiCuFeBSi合金熔覆层在HT250基体上的最佳温度为室温30℃。     

钛合金表面激光熔覆Ni基梯度涂层的研究

为了改善Ti6Al4V钛合金表面耐磨性能和抗高温氧化性能,采用CO2激光在Ti6Al4V钛合金表面进行激光熔覆Ni基梯度涂层试验.利用扫描电镜和显微硬度计等手段分析了熔覆层组织,测试了基体和熔覆层的显微硬度.结果表明,采用适当的工艺参数,可以在钛合金表面获得连续、均匀、无裂纹和气孔的熔覆层.熔覆层组织由树枝晶和晶间共晶组织构成,并与基体形成牢固的冶金结合.由基体到表面,显微硬度过渡平稳,呈明显梯度渐变特征.     

面向轴件应用的激光熔覆修复强化试验研究

轴件是机械设备的关键基础构件之一,由于服役环境的影响,其表面磨损、划伤和腐蚀是常见的损伤形式.通过采用激光熔覆工艺,开展了轴件修复及强化的试验研究.为给后续激光熔覆修复工程化应用奠定工艺和理论基础,针对表面缺陷去除方式,研究了梯形和弧形挖槽对覆层与基体的结合特征的影响,分析了修复后覆层与基体界面处成分及硬度的梯度分布、熔覆层与基体复合体的拉伸性能、室温及高温下的磨损行为.结果表明:激光熔覆工艺是轴件修复强化的可行技术手段.     

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     

钛板表面激光熔覆锆基合金涂层的组织结构

利用激光熔覆技术在Ti板上制备了非晶复合涂层,利用X射线衍射仪、能谱仪、扫描电镜和透射电子显微镜对熔覆层和结合区的组织结构进行了表征。研究发现,熔覆层组织主要由非晶、Zr的金属间化合物、氧化物及局部纳米晶组成。基体与熔覆层结合区由Ti的柱状晶和α(Ti/Zr)固溶体所构成,保证了基体与熔覆层之间有良好的冶金结合。     

激光熔覆Fe基TiB2+TiC金属陶瓷层的组织及摩擦磨损性能

目前,对激光熔覆原位自生金属陶瓷层增强相的形成机制及磨损机理的研究尚不系统。自配合金粉末,采用激光熔覆技术在Q235钢表面制备了原位自生的TiB2+TiC/Fe金属陶瓷层。对熔覆层进行了XRD分析、显微组织观察及室温干滑动摩擦磨损试验。结果表明:Fe基TiB2+TiC金属陶瓷增强熔覆层组织细小、致密,高硬度的亚微米TiB2和TiC金属陶瓷颗粒均匀弥散分布在α-Fe等轴枝晶基体上,熔覆层与基体冶金结合优良;室温下熔覆层的磨损主要为显微切削和滑擦,耐摩擦磨损性能优良。     

钛合金表面激光熔覆Co-WC复合涂层的组织及力学性能

在钛合金TC4(Ti-6Al-4V)表面利用激光熔覆Co-WC复合涂层,利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和硬度计研究涂层的微观组织及力学性能。结果表明,Co+15%WC、Co+30%WC及Co+45%WC试样熔覆层与基体都实现了冶金结合,表层激光熔覆层涂层内组织均匀致密,没有气孔、裂纹等缺陷。而Co+60%WC试样虽然熔覆层与基体界面也为冶金结合,但是熔覆层内发生了开裂。激光熔覆Co-WC复合熔覆层的宏观洛氏硬度较TC4基体提升了2~3倍,合金粉末中WC的含量比例越高,熔覆涂层试样的宏观洛氏硬度的提升越明显。4种熔覆试样从基体到熔覆层表面,其显微硬度都是逐渐升高的趋势,熔覆层表面显微硬度达到TC4基体的显微硬度的近3倍。在Co基合金粉末中添加WC的最大含量为45%,高于45%之后,熔覆层显微硬度值下降。     

大型内燃机气阀圆锥面激光宽带熔覆钴基合金材料的研究

为了研究在耐热钢气阀圆锥面基体上激光宽带熔覆钴基合金，采用6kwCO2激光器进行激光熔覆，进行了工艺研究，用扫描电境（SEM）对激光熔覆层进行形貌观察。结果取得在气阀圆锥面基体上熔覆钴基舍金的最佳工艺参数，耐热钢基体与熔覆层能形成良好的冶金结合，在圆锥面上开圆角坡口的熔覆质量优于直角坡口。     

AZ31B镁合金表面激光熔覆Ni60合金粉末组织及性能EI北大核心

利用5kW横流连续CO2激光器,采用预置粉末法对AZ31B镁合金表面进行激光熔覆Ni60合金粉末试验。利用光学显微镜,SEM,XRD,显微硬度仪,电化学腐蚀设备等仪器对熔覆层和基体的组织及性能进行了测试分析。结果表明,熔覆层与基体呈冶金结合,熔覆层组织为细小的树枝晶和等轴晶;XRD结果表明在熔覆层表面形成了Mg2Ni,Mg-Ni2等新相,熔覆层的显微硬度由HV45~50提高到HV150~350,约为基体的3~7倍。在3.5%(质量分数)NaCl的溶液中进行电化学腐蚀试验表明,熔覆层表面的自腐蚀电位较原始镁合金提高约0.379V,其抗腐蚀性较原始镁合金显著提高。     

耐磨耐蚀Fe基激光熔覆层的组织和性能研究

目的 采用同步送粉激光熔覆技术制备兼具耐磨与耐蚀性能的Fe基熔覆层,获取熔覆层的物相组织、硬度与耐蚀性,并研究热处理对熔覆层性能的影响。方法 采用Fe-B-C-Cr-Ni-Mo-Nb-V多组元合金粉末,在304不锈钢基体上制备Fe基耐磨耐蚀熔覆层,并模拟淬火加高温回火的热处理工艺,进行熔覆层热处理试验。采用XRD、SEM表征熔覆层的物相组成和微观组织,采用显微硬度计测试熔覆层的硬度,通过极化曲线和阻抗谱对熔覆层的电化学腐蚀性能进行测试。结果 所制备的激光熔覆层同基体具有良好的冶金结合,熔覆层物相包含奥氏体g相、马氏体α''相和Cr23(C,B)6相。熔覆层的微观组织为亚共晶结构,由尺寸细小的树枝晶和枝晶间层片状共晶组织构成,热处理后还形成了大量微纳尺度的析出相。激光熔覆层的硬度相对于基体硬度提高了2.5~2.7倍,热处理后试样最高硬度达521.4HV。激光熔覆层的自腐蚀电位为−0.428 V,腐蚀电流密度为1.41×10⁻⁵ A/cm²,热处理后的熔覆层自腐蚀电位降低,腐蚀电流密度增大,阻抗值明显减小,耐蚀性降低。结论 利用激光熔覆Fe-B-C-Cr-Ni-Mo-Nb-V多组元合金粉末可制备致密、无缺陷的Fe基熔覆层,细晶强化以及大量硬质共晶组织的存在使熔覆层的硬度得到显著提升。高Cr、Ni含量保证了熔覆层具有良好的耐蚀能力,淬火加高温回火的热处理工艺使熔覆层的硬度提升,但耐蚀能力有一定程度的下降。该Fe基熔覆层在耐磨耐蚀涂层技术领域具有较好的应用前景。     

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。     

激光熔覆层开裂影响因素的探讨研究

试验以Cr12MoV模具钢为基体,采用光学显微镜、电子显微镜和硬度测试等方法,对熔覆层、过渡层、基体的形貌和显微结构进行了检测和分析,探讨了激光熔覆处理后裂纹的形成原因及开裂方式,并针对有效预防开裂的措施提出分析和建议。     

单道激光熔覆Inconel 625熔覆层尺寸预测

目的 准确预测激光熔覆Inconel 625熔覆层尺寸。方法 以送粉速率、扫描速度和激光功率为试验变量,以熔覆层的宽度和高度为评价指标,结合中心复合试验设计方法进行试验设计,开展单道激光熔覆试验,探究工艺参数对单道熔覆层尺寸的影响规律,并建立以工艺参数为输入、熔覆层尺寸为输出的BP神经网络模型,利用粒子群算法对BP神经网络模型进行优化,对比分析优化前后模型的预测效果。结果 激光功率对熔覆层宽度的影响最显著,其次是扫描速度,最后是送粉速率;扫描速度对熔覆层高度的影响最显著,其次是激光功率,最后是送粉速率;粒子群算法优化BP神经网络预测模型对熔覆层尺寸的预测精度较高,熔覆层宽度和高度的测量值和预测值之间的平均相对误差分别为4.238%和2.910%。结论 研究成果可以为激光熔覆Inconel 625熔覆层尺寸的调控和预测提供参考。     

铝青铜表面激光熔覆镍基涂层的组织与磨损性能

为了改善铜合金表面的耐磨性能,利用超音速火焰喷涂和激光重熔技术在铝青铜上制备了镍基涂层。分析了激光熔覆层的微观组织,测试了其显微硬度及磨损性能。结果表明:熔覆层组织致密、无裂纹,与铝青铜形成了良好的冶金结合;从熔覆层表层到基体热影响区,组织呈现出由细小的柱状晶→胞状晶、树枝晶→平面晶过渡;激光熔覆层磨损量约为铝青铜的1/4,熔覆层耐磨能力的增强归因于熔覆层与铝青铜间良好的冶金结合及基体与涂层元素固溶强化和碳化物等析出相的强化作用。     

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。     

激光熔覆层中孔隙、裂纹缺陷的形成机制及抑制方法研究进展

激光熔覆是以高能量密度的激光为热源在基体材料表面熔覆合金实现熔覆层与金属基体冶金结合的技术。激光熔覆技术控制精度高、输出功率恒定、没有电弧接触固熔池大小深度一致性好。并且激光熔覆具有效率高、热输入集中、热影响区小等特点是一种很有发展前景的金属表面改性技术。但因其冷却速度较快在熔覆层中易产生缺陷。熔覆层中的缺陷主要有裂纹、孔隙、固体夹杂、未熔合、形状缺陷等。基于国内外对熔覆层中缺陷的研究发现对熔覆层影响最大的是孔隙和裂纹。通过模拟和实验研究者们发现了孔隙、裂纹的形成原因,并通过改变加工工艺和粉末类型成功的减少了孔隙、裂纹的产生。本文从激光熔覆层中孔隙、裂纹两个缺陷出发,归纳了孔隙的生成原因及扩散方式,并从加工工艺、粉末材料出发总结了孔隙的抑制方法。其次说明了裂纹的产生原因,描述了几种影响裂纹产生的因素,总结了减少裂纹的加工工艺和一些辅助措施。最后指出了目前激光熔覆层缺陷研究中尚未解决的问题并对其未来发展方向进行了展望。