激光熔覆Stellite6涂层工艺优化及组织性能研究

采用激光同轴送粉技术制备Stellite6钴基熔覆层,通过正交试验、单层单道、单层多道和多层多道工艺试验优化激光熔覆工艺参数。利用扫描电子显微镜、光学显微镜、X射线衍射仪表征了熔覆层显微组织结构,同时分析了微观硬度和耐摩擦磨损性能。结果表明,以熔覆层稀释率、成形系数和显微硬度为优化目标参数,可有效筛选激光熔覆Stellite6涂层制备工艺。所制备Stellite6涂层组织均匀,熔合线附近为平面晶,涂层中部区域为树枝晶,顶部区域为等轴晶。熔覆层物相由fcc-Co、(Co, W)₃C与Cr₂₃C₆等组成,平均硬度为457 HV。熔覆层耐摩擦磨损性能优于316L不锈钢基体,其主要磨损机制为磨粒磨损。     

同轴送粉和压片预置激光熔覆NiCoCrAlY涂层工艺比较

采用同轴送粉与压片预置激光熔覆工艺制备NiCoCrAlY涂层, 对两种激光熔覆工艺粉末利用率、涂层稀释率、熔覆层硬度及熔覆层微观组织形貌进行了比较。结果表明, 在涂层界面能形成良好冶金结合的优选工艺参数条件下, 同轴送粉激光熔覆粉末利用率和加工参数密切相关, 最高不超过0.4, 而压片预置激光熔覆粉末利用率高于0.9; 同轴送粉激光熔覆制备涂层熔合区为垂直于界面的柱状晶, 上部为均匀的等轴晶, 压片预置激光熔覆涂层的枝状晶贯穿整个涂层; 但是压片预制熔覆涂层的硬度略低于同轴送粉熔覆涂层。     

激光熔覆复合涂层组织性能研究

研究了TC4合金表面激光熔覆WC-12Co/NiCrAlY复合涂层后熔覆层的组织结构、显微硬度、熔覆层深度等。实验结果表明,激光熔覆层在组织结构上分为熔化区、结合区、热影响区。由于涂层中不同部位成分、温度分布及冷却速度不同使初生相呈树枝状、块状、花瓣状及颗粒状等几种形态;实现了涂层与基体的良好冶金结合,熔覆层最高硬度可达1100 HV。利用SEM观察、显微硬度测试等分析手段,研究了激光功率、扫描速度、涂层成分、涂层厚度对熔覆层的显微硬度、熔覆层深度影响。结果表明:在其它条件不变时,随着能量密度的增加,熔覆层的显微硬度下降;随着涂层成分中WC-12Co相对含量的增加,熔覆层的硬度增加,但熔覆层的深度减小;激光能量密度大小对熔覆层中熔化区的深度有较大影响;随着涂层厚度的增加,熔化区的深度在减小。     

激光重熔功率对镍基自润滑涂层组织与性能的影响

为研究重熔功率对Inconel 718镍基自润滑涂层组织与性能的影响规律，采用激光熔覆技术在27SiMn钢板材上制备Inconel 718熔覆涂层，选用三种不同的激光功率二次重熔熔覆试样。使用超景深显微镜观察熔覆层表面形貌及金相组织，使用显微硬度计检测熔覆层的显微硬度，使用销-盘式摩擦磨损试验机检验及评价熔覆层的摩擦磨损性能。结果表明，激光重熔后熔覆层的晶粒得到明显的细化，随着重熔功率的增加，熔覆层晶粒尺寸先减小后增大，重熔功率为1 260 W时，熔覆层顶部晶粒尺寸最均匀细小；重熔后熔覆层的硬度均有较大提高，相较未重熔试件硬度最高可提升22%;从磨损形貌来看，试样的磨损机理主要为磨粒磨损，经重熔后试样的摩擦系数及磨损失重均得到了明显的降低。分析摩擦磨损试验数据可知，重熔功率在1 260 W时，试件的耐磨性能最好。     

抽油杆接箍表面高速激光熔覆不锈钢涂层的组织与性能

为提高抽油杆接箍表面的耐磨、耐蚀性能,利用高速激光熔覆技术在35CrMo抽油杆接箍表面制备了马氏体不锈钢涂层,并进行了激光重熔处理。采用光学显微镜、X射线衍射仪、硬度计、摩擦磨损试验机及电化学工作站研究了高速激光熔覆层和重熔层的组织结构、硬度、摩擦磨损性能与电化学腐蚀行为。结果表明:高速激光熔覆涂层表面平整均匀,表面粗糙度为15.7μm,无气孔、夹杂、裂纹等缺陷;重熔涂层的表面粗糙度可达5.4μm;高速熔覆涂层和重熔涂层均由单一的马氏体相组成;熔覆层呈现多层搭接的分层特征,熔覆层界面区为平面晶,中部为外延生长的树枝晶,表面为无明显方向的细小树枝晶;重熔使多层搭接特征基本消失,并细化了表层的树枝晶;高速激光熔覆涂层和重熔层的硬度均值分别为470 HV和494 HV。高速激光熔覆提高了基材的耐磨性及耐蚀性,激光重熔可进一步提高涂层的耐磨和耐蚀性。高速激光熔覆和重熔高性能涂层为抽油杆接箍的表面改性提供了新的思路和方法。     

U71Mn钢激光熔覆钴基熔覆层耐磨性研究

为提高U71Mn钢的耐磨性,延长钢轨的使用寿命,选择Stellite6粉、TiC粉和Y₂O₃粉为熔覆粉末,采用激光熔覆同轴送粉技术在U71Mn钢基体表面制备钴基合金熔覆层。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度仪器、超景深显微镜、磨损试验机,分析熔覆层宏观形貌、显微组织、物相组成、显微硬度、磨损形貌和摩擦磨损性能。研究表明,在质量分数为10%TiC-钴基粉末中添加粉末总质量2%的Y₂O₃粉末,可获得较好的单道熔覆层;在激光功率为1 200 W,扫描速度为5 mm/s,送粉速度为1.0 r/min,搭接率为40%时,可获得表面最为平整的熔覆层。熔覆层显微组织由等轴晶和柱状晶组成,熔覆层与基体冶金结合良好,熔覆层主要由TiC、Cr₇C₃、Cr₂₃C₆、γ-Co和Co₃Ti组成。熔覆层硬度最高可达572 HV,平均硬度约为基体的1.8倍;熔覆层磨损量为基材磨损量的3.83%,钴基熔...     

宽带激光内送粉熔覆工艺研究

激光宽带熔覆技术广泛应用于大型工件表面的强化、修复和改性,较少的搭接次数使其更容易获得表面质量较好的熔覆层和较高的熔覆效率。针对现有激光宽带熔覆中光外送粉不精准、金属粉末受热不均匀和光粉同轴耦合精度不高等问题,本文提出了一种光内送粉激光宽带熔覆工艺及方法,实现了在宽带激光束内部均匀,准确地垂直于熔池表面送粉。在水平和30°斜壁上分别进行单道堆积熔覆实验。结果表明,重力对斜壁熔池影响不明显,两组实验均获得了熔层高度较为均匀的直壁墙。对熔层组织分析可知,二次重熔区组织较为粗大,非搭接区组织由较多的树枝晶组成,二者显微硬度波动值约为90HV0.5,熔层组织整体较为均匀、致密。     

Mn13Cr2表面激光熔覆Ni60A/WC涂层研究

采用同轴送粉法,通过YLS-4000多模光纤激光器以不同功率在高锰钢表面激光熔覆Ni/WC陶瓷复合涂层,通过光学显微镜、显微硬度计,对涂层的组织形貌、显微硬度进行了分析研究,做了室温干摩擦磨损试验并分析研究了涂层的耐磨性能。结果表明,Ni/WC层组织沿深度方向依次出现细小的胞状晶、树枝晶、柱状树枝晶和薄的平面晶,在1600 W、1900 W、2200 W的激光功率下对应的Ni/WC层的平均显微硬度分别为980.7 HV0.1、901.0 HV0.1、809.4 HV0.1,分别为基材平均显微硬度的2.8、2.5、2.3倍。在相同摩擦磨损试验条件下,基体的磨损量是激光功率为1600 W条件下的熔覆层的10.4倍,在激光功率为1600 W时,通过激光熔覆获得了组织致密均匀、硬度高和具有良好耐磨性的涂层。     

超音速激光沉积与激光熔覆Stellite6涂层的对比研究

超音速激光沉积技术(SLD)将冷喷涂技术与激光技术相复合,保持了冷喷涂固态沉积的优势,并极大地拓展了单一冷喷涂技术的可喷涂材料范围。采用SLD制备了Stellite 6硬质涂层,并与激光熔覆(LC)Stellite 6涂层在宏观形貌、显微组织、界面稀释和显微硬度等方面进行对比研究。研究表明,SLD涂层保留了原始Stellite 6颗粒内部组织,不同于LC涂层的粗大枝晶组织;LC涂层稀释率约为12%,而SLD涂层无宏观稀释区;与LC热影响区相比,SLD热影响区变窄;SLD Stellite 6涂层平均显微硬度达到694 HV0.2,约为LC Stellite 6涂层的1.45倍。     

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。     

化学反应热效应对激光熔凝区几何特征的影响

为了研究附加化学反应热的激光熔凝区特征,采用在低合金钢表面预制Mg,Al和Fe3O4涂层进行激光处理,得到了化学反应热影响激光熔凝区形貌的实验结果。结果表明,引入化学反应热源,使激光熔化区宽度、热影响区宽度和深度增加,熔化区的深宽比降低;Al和Fe3O4涂层的熔化深度比表面黑化处理的熔深深,Mg和Fe3O4涂层的熔化深度比表面黑化处理的熔深浅;利用多元合金氧化物还原化学反应热和激光形成复合热源,可以快速形成多元合金共渗的熔凝层。     

送粉激光熔覆ZrO2/Ni60复合涂层工艺与性能

采用送粉激光熔覆工艺分别制备了含 5 %和 10 %氧化锆陶瓷的强韧化镍基自熔合金涂层 ,考察了氧化锆含量 ,以及工艺参数对熔覆层组织结构与性能的关系 ,结果表明 :氧化锆掺杂涂层的组织特征取决于熔池的流动性 ,由于氧化锆的密度较镍基自熔合金的要小许多 ,因此在激光束提供的能量超过一定量之后 ,则会出现分层的组织结构 ,反之则可获得均匀的两相复合组织结构。最后给出了获得均匀组织结构的工艺方案     

工艺参数对铁基和镍基粉末涂层性能的影响

利用激光熔覆技术分别对Fe105和Ni60合金粉末进行单层单因素实验。采用OLS41003D激光显微镜测量了熔道截面形貌、尺寸及组织；利用显微硬度仪测量了Fe105和Ni60涂层的显微硬度。结果表明,功率对Fe105和Ni60合金粉末熔宽、熔深和熔高的影响呈正相关；扫描速度对熔道熔高、熔宽和熔深呈负相关；随着送粉量增加,熔高增加,熔深下降。与Ni60显微组织图相比,Fe105合金粉末的晶体排列更规则,晶粒细小；Fe105与Ni60涂层平均显微硬度都高于484.63HV,Fe105涂层显微硬度总体略高于Ni60涂层。     

同轴送粉对激光熔覆组织的细化作用

选用Ni基自熔合金粉末和Co基自熔合金粉末,在低碳钢基材上分别进行预置粉末和同轴送粉激光熔覆试验。激光功率2.0kW,光斑直径2.0mm,扫描速率0.15～0.25m/min。对熔覆层显微组织分析表明,同轴送粉熔覆层明显比预置熔覆层组织细密(前者为2.5～4.0μm,后者为5.0～10.0μm),并且具有较好的耐热冲击性。显然这是很有实际意义的,因为同轴送粉比预置粉末更易于实现自动化和大面积激光熔覆。     

工业纯铝表面激光熔覆Y粉的研究

为了研究稀土Y元素对工业纯铝表面激光熔覆层的组织和性能的影响,在工业纯铝基体上,采用CO2激光器制备了Al-Y合金熔覆层,利用金相显微镜、能谱分析、X射线衍射分析和显微硬度计等对熔覆层的显微组织、成分分布、物相组成和显微硬度进行了研究。由实验结果可知,Y元素显著细化了熔覆层的组织,熔覆层与基体形成良好的冶金结合;生成了含Y的新相YAl3,Y4Al2O9等铝钇金属间化合物;熔覆层区域的显微硬度43HV0.2~58HV0.2与基体的显微硬度30HV0.2~40HV0.2相比提高了50%~60%,在熔覆层表面硬度值达到最高。结果表明,通过激光熔覆Y粉可以提高工业纯铝的表面性能。     

Ni60激光熔覆工艺参量对涂层裂纹及厚度的影响

为了研究工艺参量对激光熔覆Ni60涂层裂纹及厚度影响,采用在45#钢基材表面熔覆Ni60合金粉末的正交试验方法,分析了影响裂纹产生的工艺参量的主次因素以及影响涂层厚度的主要因素,并对试验结果进行极差分析,获取了裂纹最少的最优工艺参量。结果表明,影响裂纹产生的主次因素为扫描速率＞送粉速率＞激光功率,裂纹最少的工艺参量为激光功率1400W,扫描速率4.0mm/s,送粉速率为1.0r/min,此时,在熔覆起始位置出现了一条短裂纹;对涂层厚度的影响程度主次因素为送粉速率＞扫描速率＞激光功率;经测量,熔覆层的硬度是基材的3.3倍,通过扫描电镜分析,涂层与基材形成良好的冶金结合,熔覆层晶粒组织均匀致密。该研究为Ni60合金粉末激光熔覆工程化应用提供了参考。     

Stellite和NiCrSiB合金激光送粉熔覆裂纹倾向的比较研究

高功率CO_2激光送粉熔覆Stellite和NiCrSiB合金对比实验表明:NiCrSiB合金激光熔覆具有很大的裂纹倾向,NiCrSiB+50％Ni不出现裂纹,前者微观组织特征为少量的韧性相和大量不规则杂乱分布的粗大硬质相,后者为典型枝晶结构。Stellite 6合金激光熔覆不出现裂纹,Stellite 6+18％以上WC出现裂纹,前者微观组织特征为先共晶枝晶和枝晶间共晶,后者枝晶间共晶增多、共晶内碳化物析出物增多并出现多种复杂形状的碳化物无规沉淀析出。激光熔覆层裂纹形成的根本原因是由于熔覆过程产生的很大拉应力,裂纹形成的主导原因是由于激光熔覆层本身的韧性太低而脆性太大,难以承受大的拉应力。降低裂纹倾向的思路是改变熔覆层内强化相的形态,使其以颗粒形式均匀弥散地析出,同时使强化相颗粒由底部至表面呈梯度分布。     

H13钢表面激光熔覆层稀释率及强化效果研究

为了改善H13钢的表面性能,利用YLS-4000型光纤激光器在H13钢表面熔覆镍基涂层,采用正交试验法,对不同工艺下的熔覆层表面形貌、几何参量、稀释率、微观组织、显微硬度进行了检测分析。结果表明,激光功率最小而送粉速率最大时（P=1800W,v_f=1.0g/s）表面凹凸不平;激光功率和扫描速率最大时（P=2200W,v_s=25mm/s）表面出现裂纹;当稀释率η < 10%时,熔覆区平均硬度（大于800HV）为基体硬度（246HV）的3倍以上,强化效果显著;当稀释率η>25%时,熔覆区下部受熔化基体的稀释作用硬度较低;稀释率随着激光功率与扫描速率的增加而增加,随着送粉速率的增加而降低。通过调整工艺参量可获得表面平整光滑、组织致密、强化效果显著的熔覆层。     

垂直面送粉激光强化系统与应用研究

针对汽车发动机缸体、缸套、模具侧壁等垂直表面激光强化的需求 ,研制了垂直面送粉喷嘴和垂直面送粉激光强化系统 ,适合于内侧和外侧垂直面送粉激光熔覆和合金化及不送粉熔凝、相变硬化 ;利用该系统 ,选择合适的激光处理工艺参数 ,在垂直放置的灰铸铁表面进行了激光熔凝、送粉激光合金化、送粉激光熔覆等表面处理 ,分析了处理层的显微组织 ,合金元素成分分布与硬度分布。激光强化显著提高了基材的使用性能。垂直面送粉激光强化技术有良好的工业应用前景。     

In Situ Synthesis of Titanium Nickel Intermetallic Compounds Layer and TiN Coating By Laser Cladding

1 Introduction Laser cladding technology has been widely used in ma- terial processing and tool repairing because it causes little distortion and leads to high quality coatings [1]. Since the appearance ofhigh power diode lasers, the laser cladding is more efficient, economical and flexible[2￣5]. Titanium nickel alloys have excellent properties such as low density, high strength, and high chemical stability, which have promoted their applications in the aerospace, chemical, petrochemical and …