钛合金表面激光熔覆Ti/Ni-AlN复合涂层的组织与摩擦磨损性能

以Ti、Ni、Al N粉末混合物为原料,采用激光熔覆技术在TC4表面制备出以金属间化合物Ti_2Ni、Ti Ni、Ti_3Al为熔覆层基体,以Ti N为强化相的复合涂层,并对涂层的组织、硬度及摩擦磨损性能进行研究。结果表明,Ti、Ni成分配比对熔覆层的组织形貌、硬度和耐磨性均影响较大。当Ti含量较多时,Ti_2Ni以枝晶状大量存在;当Ni含量较多时,Ti Ni大量存在作为熔覆层基体,而Ti_2Ni以片状存在;当Ti、Ni、Al N的质量百分比为56∶34∶10时熔覆层的综合性能最优,熔覆层表层的硬度值为1000 HV,约为基体的3倍,摩擦系数为基体的1/2,耐磨性约为基体的22.3倍;复合涂层高硬度和高耐磨性的原因在于陶瓷强化相Ti N、高硬度的金属间化合物Ti_2Ni及高耐磨性的金属间化合物Ti Ni、Ti_3Al的存在。     

激光熔覆在AlN陶瓷表面制备铜基金属覆层缺陷分析及控制

通过脉冲式YAG激光器在AlN陶瓷表面制备铜基金属覆层,分析熔覆层的缺陷,并研究如何能控制熔覆层缺陷的发生,熔覆试样的缺陷主要表现为陶瓷基板炸裂、熔覆层成形不完整、熔覆层微观裂纹和气孔.结果表明,通过调节激光熔覆的热输入可以保证陶瓷基板的完整性并且熔覆层成形良好;通过焊前预热和焊后缓冷的工艺可以降低熔覆层微观裂纹和气孔的形成几率.通过优化激光熔覆工艺参数和工艺方法,可以形成良好的熔覆层,并且AlN陶瓷基板和铜基金属覆层之间形成过渡层,形成良好的冶金结合.     

6061铝合金激光熔覆铜基复合涂层组织及磨损性能

利用激光熔覆工艺在6061合金表面熔覆铜基复合涂层,分析熔覆涂层的微观组织及化学成分,考察熔覆合金成分变化对涂层质量、硬度以及磨损性能的影响.结果表明,熔覆层主要由(Cu,Ni)固溶体、Cu9Al4、AlFe0.23Ni0.77以及CoFe增强相等组成.优化成分条件下,Fe含量为7%,Co含量为9%,熔覆层硬质颗粒体积分数增大,大量硬质颗粒增强体弥散分布在熔覆层Cu-Ni固溶体合金基体组织中,大大增强了基体的抗磨损性能.激光熔覆后的熔覆层表面硬度比6061铝合金提高了4.5倍;磨损体积约为铝合金基线的30%,摩擦因数降至0.3002.     

钢基表面单道激光熔覆Fe3Al金属间化合物的研究

以纯Fe3Al粉末为原料,采用同步送粉式激光熔覆工艺在低碳钢基体表面合成Fe3Al金属间化合物.利用金相显微镜、扫描电镜与X衍射实验方法对熔覆合金层、合金层与钢基体的结合界面等进行了显微组织与相结构的分析.结果表明,激光熔覆功率对合金层品质有较大影响,本实验在2 kW激光熔覆功率条件下获得了致密、无肉眼可见气孔、夹杂、裂纹等缺陷的熔覆层,熔覆表面有一定起伏的合金层,合金层与基体间完全冶金结合;熔覆合金层主要由单相Fe3Al构成,熔覆层组织为细小等轴状晶粒,等轴晶内部由大量更为细小的条状Fe3Al晶粒构成.     

钛合金激光熔覆纯Cu粉的热力学与组织性能

采用预置粉末的方式在钛合金Ti6Al4V表面激光熔覆纯Cu粉,利用热力学相图软件(Thermo-Calc)对Ti-Cu-Al-V合金体系进行平衡相图计算、根据平衡相图推测涂层中可能存在的相,运用DICTRA软件模拟计算纯Cu粉在Ti6Al4V表面凝固过程及元素扩散行为。结果表明,涂层主要存在相为Cu Ti2、Cu Ti3、Ti(Cu,Al)2、Al2Cu3,熔覆层主要组织为交错的树枝晶,熔覆层的显微硬度大大高于基体,耐磨性能显著提高,当激光功率P为2.2 k W时,熔覆层硬度、耐磨性能相对较优。     

镁基金属复合材料与不锈钢激光熔覆层的结合界面特征

利用中间过渡层的作用,在镁基金属复合材料上激光熔覆了不锈钢合金层,熔覆层与基体为冶金结合。中间过渡层与基体的结合交界面上,元素交互扩散距离为60μm。不锈钢熔覆层与过渡层的结合交界面上,Cr,Fe,Cu等元素的交互扩散距离约为5μm,Ni,Zn两元素的交互扩散距离很大。激光熔覆试样的腐蚀电动势（Ecorr)分别比喷涂试样和未处理试样提高两倍和三倍。     

激光熔覆反应合成Cu-TiB2复合材料的工艺与组织研究

应用500W Nd:YAG固体激光器在纯铜表面原位合成了Cu-TiB2复合涂层.用XRD和SEM分析了熔覆层的组织和结合界面,研究了激光工艺参数对熔覆层组织的影响.实验得出了用Cu、Ti和B4C混合粉激光熔覆铜表面的优化工艺参数.结果表明,涂层与铜基体呈冶金结合,熔覆层中的TiB2颗粒细小均匀,颗粒尺寸约为300～500nm,形状接近球形.     

紫铜表面氮弧熔敷Ti_2Cu·TiN-TiN复合熔覆层的组织及性能分析

以钛粉和铜粉为原料,利用氮弧熔敷技术,在T3紫铜表面原位生成Ti_2Cu·Ti N-Ti N增强Cu基熔覆层。利用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射分析其显微组织及相组成与分布,利用显微硬度仪、摩擦磨损试验机进行硬度和磨损性能的测试。结果表明,通过氮弧熔敷可反应生成Ti N和Ti_2Cu·Ti N,Ti N呈不规则球状和枝晶状,Ti_2Cu·Ti N呈块状分布,并随Ti粉比例的提高,Ti N和Ti_2Cu·Ti N数量逐渐增多。熔覆层组织均匀致密,无气孔夹杂等缺陷,截面呈冶金结合。熔覆层(20%Ti)硬度达350 HV,是纯铜的5倍左右。熔覆层(15%Ti)的耐磨性能显著提高,摩擦系数为0.56。     

钛合金表面激光熔覆Ti/Ni+Si3N4/ZrO2复合涂层组织与性能研究

目的 提高TA15合金的表面硬度,改善其耐磨性能.方法 以Ti/Ni+Si3 N4/ZrO2混合粉末为原料,利用激光熔覆技术,在TA15钛合金表面制备出以ZrO2颗粒和原位生成Ti5 Si3、TiN为增强相,以金属化合物TiNi、Ti2 Ni为基体的复合涂层.采用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪等手段分析激光熔覆涂层的显微组织及磨损表面,通过硬度测试、摩擦磨损实验,对熔覆层的显微硬度和耐磨性进行评估.结果 熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,熔覆层组织中TiNi和Ti2 Ni金属化合物基体上弥散分布着Ti5 Si3、TiN树枝晶和ZrO2颗粒;与不含ZrO2熔覆层相比,含有ZrO2熔覆层组织的晶粒得到细化;熔覆层中原位生成的TiN桥接在裂纹上,具有增韧的作用;熔覆层的显微硬度分布在835~1050 HV区间内,约为基体硬度的3倍左右;在干滑动摩擦磨损下,熔覆层的磨损量约为钛合金基体磨损量的1/6,其主要磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损.结论 熔覆层中高硬度、耐磨陶瓷相和高韧性相的共同配合,显著提高了钛合金表面的硬度和耐磨性.     

激光熔覆制备Fe-Al金属间化合物覆层

分别以纯Fe3Al粉、铁基合金粉 铝粉为原料,采用激光熔覆工艺在钢基体表面制备Fe-Al金属间化合物.利用扫描电镜、能谱仪与X射线衍射等方法对熔覆合金层以及与钢基体的结合界面等进行了显微组织与相结构的分析.结果表明,采用这两种原料均可以获得与基体之间良好冶金结合的Fe-Al合金覆层,覆层组织致密,均与基体实现了良好的冶金结合;直接熔覆Fe3Al工艺的覆层存在裂纹现象,而铁基合金粉 铝粉反应合成工艺的覆层组织含少量孤立微孔隙,但无裂纹缺陷;直接熔覆Fe3Al的覆层组织由粗大的等轴状晶团构成,等轴状晶团内部及晶界由大量极细小的板条状Fe3Al晶粒构成,许多相邻板条晶之间具有一致的晶体取向;反应合成工艺的覆层组织主要由大量细密、均匀的树枝晶构成,树枝晶所含元素的原子比Fe:Al:Ni:Cr:Si大约为55:24:8:8:5.     

表面异构组织Ni/Al_2O_3熔覆层的制备与分析

运用真空熔覆技术在ZG45表面制备出与常规熔覆组织相比具有异常组织特征的Ni/Al2O3复合材料层。研究了制备工艺对熔覆层微观组织以及组织形成机制的影响。结果表明,1050℃×1 h工艺下能够制备出熔覆层表面光滑致密且与母材具有冶金结合的试样,熔覆层整体及界面组织致密、无夹杂,扩散层为白亮高镍合金,过渡层为Fe的细晶层。Al2O3颗粒均匀弥散分布在金属Ni基中,Al2O3颗粒与镍基合金的界面熔合效果良好,表面Ni基复合材料中的镍基合金在凝固过程中其晶粒的生长方向与热流方向呈一定角度分布。异常结构的形成是定向凝固过程中一种定向共晶的体现,表面复合熔覆层的表层硬度值最高,可达800 HV,其显微硬度自熔覆层表面开始至基体处呈现梯度分布。     

Ti-C-Al复合涂层与镁合金基体连接界面微观结构研究

通过LWY400P激光器,用激光熔覆的方法在镁合金表面熔覆一层Ti-C-Al复合陶瓷涂层。原料中钛碳原子比为1∶1,铝含量10%~40%(质量分数)。分别用扫描电镜和能谱分析仪对熔覆层的微观组织、显微形貌和成分分布进行了测定和分析。结果表明,激光熔覆Ti-C-Al复合涂层是典型的快速凝固组织,涂层组织致密,晶粒细小。原料中Al含量对熔覆效果影响很大,Al含量越高,试样致密度越好,通过试验确定了原料中Al的最佳用量。融合区域各元素相互扩散,涂层与基体发生互熔,形成冶金结合,达到强化目的。     

45钢表面激光熔覆Al_2O_3陶瓷涂层的研究

采用SEM,TEM及EDAX等手段研究了45钢表面Al2O3－NiCrAl复合陶瓷涂层的组织结构,实验结果表明：Al2O3－NiCrAl复合陶瓷等离子喷涂层的组织呈层片状,面层由α－Al2O3和少量的γ－Al2O3组成,Al2O3与NiCrAl及NiCrAl与基体间均为机械结合界面：激光熔覆层组织为单一的α－Al2O3柱状晶、过渡合金与基体间形成了良好的冶金结合界面,Al2O3与NiCrAl间的界面结合状况得到了明显的改善,在激光熔覆过程中存在着分层凝固机制．熔敷层硬度达2423－2664HV0．2     

Cr元素含量对TC21钛合金表面激光熔覆Ni-Al涂层组织与性能的影响

目的研究Cr元素含量对TC21钛合金表面激光熔覆Ni-Al涂层组织与性能的影响,改善其表面性能。方法利用激光熔覆技术在TC21钛合金表面制备不同Cr含量的Ni-Al涂层,采用带有能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对熔覆层的显微组织、物相组成进行分析,采用显微硬度计和材料表面性能综合测试仪测试熔覆层的硬度分布和耐磨性能。结果熔覆层表面质量良好,未添加Cr元素时,熔覆层主要由Ni(Al,Ti)、Ni_2AlTi、Ti Ni等物相组成;添加Cr元素后,熔覆层中有α-Cr沉淀相析出,并且随着Cr元素含量的逐渐提高,Ti Ni、Ni_2AlTi、α-Cr等物相的相对含量逐渐增加。熔覆层主要由Ni(Al,Ti)枝晶组织与其周围呈网状分布的Ti Ni、Ni_2AlTi、α-Cr晶间组织构成。熔覆层的显微硬度均提高到基体的2倍左右,Cr元素对提高Ni-Al涂层显微硬度的影响不大,但能使其显微硬度波动减小,趋于平稳,熔覆层的韧性随着Cr元素含量的增加而不断提高。当Cr元素添加量为20%(原子数分数)时,耐磨性最好,约为基体的2.948倍。结论 Cr元素的添加,有利于熔覆层中α-Cr相的析出和Ti Ni/Ni_2AlTi共晶组织的生成,能有效降低熔覆层的室温脆性,提高塑韧性及耐磨性能。     

304不锈钢表面激光原位制备Ti(C,N)增强铁基涂层的组织和性能

采用CO_2激光熔覆工艺在304不锈钢表面制备含Ti(C,N)增强相的铁基熔覆层。利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、维氏显微硬度计和电化学工作站对熔覆层的组织和性能进行表征分析。结果表明:熔覆层呈典型的树枝晶形貌组织,与基体形成了良好的冶金结合。钛铁粉末与石墨、氮气在激光熔覆过程中发生了原位反应,生成了Ti(C,N)增强相。熔覆层主要由γ-Fe、α-Fe、Ti(C_(0.3)N_(0.7))、Fe-N等物相组成。熔覆层的平均硬度值为450 HV0.2,是基体硬度(240 HV0.2)的近2倍。抗电化学腐蚀性能是304不锈钢基材的1.43倍。     

激光功率对Zr基复合涂层微观组织与性能的影响

选取Zr、Cu、Ni和Al的混合粉末为原料,在纯Ti基板上利用激光熔化沉积技术制备了Zr-Cu-Ni-Al单道熔覆涂层试样。采用X射线衍射分析仪、光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪等研究了激光功率对熔覆层显微组织与性能的影响。研究结果表明:熔覆涂层组织由非晶和金属间化合物组成,基体Ti对熔覆层的稀释作用是涂层发生晶化的主要原因;熔覆涂层中树枝晶尺寸随着激光功率的增加而变大,熔覆试样的硬度也随着树枝晶尺寸的增大而降低,最高可达(631±4) HV0.3,约为基体硬度的5倍,对基体具有显著强化效果。     

等离子熔覆-注射B4C铁基熔覆层组织耐磨性研究

目的采用等离子熔覆-注射工艺在Q235基体上制备B4C铁基熔覆层并研究其耐磨性。方法通过OM,SEM,EDS等分析熔覆层及界面的组织特征,并进行耐磨性测试。结果当B4C质量占主体熔覆材料质量的18%时,注射熔覆层表面比较平整,无裂纹。注射熔覆层组织致密,界面呈现平直的亮白色过渡层,稀释率小,与基体形成了良好的冶金结合。B4C陶瓷颗粒表面溶解会形成Fe,Cr等元素的硼化物。等离子熔覆-注射B4C熔覆层的耐磨性是42CrMo的22倍,是16Mn钢的41倍。结论等离子熔覆-注射B4C工艺能够增强B4C与熔覆层之间的结合力,提高熔覆层的硬度和耐磨性。     

铝合金表面激光熔覆原位自生TiC增强金属基复合材料涂层

以Ti,SiC混合粉末作为预置合金涂层,采用2kW连续Nd:YAG固体激光器进行激光熔覆处理,在6061铝合金表面借助于接触反应法制备原位生成TiC颗粒增强Al-Ti复合材料涂层。试验结果表明：采用适合的激光辐照工艺参数,可获得增强相TiC弥散分布,以Ti-Al金属间化合物及Al过饱和固溶体为主要组成相的复合材料熔覆层组织。TiC颗粒与复合材料基体润湿良好,熔覆层结晶致密,与6061铝合金基材呈良好的冶金,珂明显地改善铝合金的表面性能。     

H13钢激光熔覆TiC/Ni合金复合涂层的组织与耐磨性北大核心CSCD

为提高H13模具钢的耐磨性能,利用激光熔覆技术,在H13钢表面制备了不同Ti C含量的Ti C/Ni基合金复合涂层,通过显微组织观察、硬度测试、滑动摩擦磨损试验方法对H13钢表面激光熔覆的不同复合涂层的组织及耐磨性能进行分析测试。结果表明,Ni60+Ti C激光熔覆涂层中物相主要为γ-(Fe,Ni)、Fe3C、Cr23C6、Ni2Si及Ti C,激光熔覆层具有较高显微硬度,Ti C的加入及含量增加可使熔覆层组织细化,复合熔覆层硬度提高,Ti C含量为30%时熔覆层内平均硬度最大,为873 HV0.2;激光熔覆Ti C+Ni60复合涂层的耐磨性显著高于H13钢基体,随Ti C含量增加而先增加后降低,Ti C含量20%耐磨性较佳;H13钢基体的磨损机制主要以犁削、切削为主,激光熔覆Ti C/Ni合金复合涂层以脆性剥落机制为主。     

16Mn钢表面TIG熔覆制备陶瓷颗粒增强层

以金属Ti粉和硼铁粉作为预置粉末,利用氩弧熔覆技术在16Mn钢表面制备了TiB2、TiC颗粒增强熔覆层.利用X射线衍射仪、扫描电镜对熔覆层的物相、微观形貌及TiB2、TiC增强颗粒的分布进行了分析,利用显微硬度计对熔敷层横断面的硬度进行了测试.结果表明:熔敷层成形良好、致密,无气孔、裂纹等缺陷,与基体呈冶金结合;熔覆层中形成了大量的TiB2、TiC陶瓷增强相,增强相呈细小颗粒状,弥散分布在o铁素体基体上,起弥散强化作用;铁素体在颗粒增强熔敷层中起到良好的粘结TiB2、TiC陶瓷颗粒的作用,使熔覆层具有良好的韧性及与硬度配合;熔覆层表面的最高硬度可达8.8 GPa,是基体的3.7倍.