激光熔覆制备高熵合金涂层耐磨性研究进展

机械零部件的摩擦磨损主要发生在材料表面,约有80%的零件工作失效是由表面磨损造成的。摩擦磨损增加了材料和能量的损耗,降低了可靠性和安全性。使用激光熔覆技术在基体表面制备高熵合金涂层的方法,能够使涂层与基体实现良好的冶金结合,以达到提升表面耐磨性能的目的。影响高熵合金涂层耐磨性的因素主要有涂层材料的力学性能,如硬度、塑性和韧性;熔覆过程中产生的缺陷,如表面粗糙不平、气孔和裂纹;摩擦工况,如高温环境和腐蚀环境。本文分析总结了激光熔覆高熵合金涂层的耐磨性影响因素及强化机制。首先,阐明了激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度、光斑直径)和后处理工艺(热处理和轧制)对涂层质量及性能的影响;其次,概述了组元元素选择、高温环境和腐蚀环境对涂层耐磨性的影响;最后,对激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题进行归纳分析,并对未来的发展趋势进行了展望,如基于远平衡态的材料设计理论研发新材料、利用电场-磁场协同或激光-超声振动复合等新工艺提升涂层耐磨性等。     

激光熔覆制备高熵合金涂层耐磨性研究进展

机械零部件的摩擦磨损主要发生在材料表面,约有80%的零件工作失效是由表面磨损造成的。摩擦磨损增加了材料和能量的损耗,降低了可靠性和安全性。使用激光熔覆技术在基体表面制备高熵合金涂层的方法,能够使涂层与基体实现良好的冶金结合,以达到提升表面耐磨性能的目的。影响高熵合金涂层耐磨性的因素主要有涂层材料的力学性能,如硬度、塑性和韧性;熔覆过程中产生的缺陷,如表面粗糙不平、气孔和裂纹;摩擦工况,如高温环境和腐蚀环境。本文分析总结了激光熔覆高熵合金涂层的耐磨性影响因素及强化机制。首先,阐明了激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度、光斑直径)和后处理工艺(热处理和轧制)对涂层质量及性能的影响;其次,概述了组元元素选择、高温环境和腐蚀环境对涂层耐磨性的影响;最后,对激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题进行归纳分析,并对未来的发展趋势进行了展望,如基于远平衡态的材料设计理论研发新材料、利用电场-磁场协同或激光-超声振动复合等新工艺提升涂层耐磨性等。     

高熵合金激光熔覆涂层的研究进展

高熵合金熔覆涂层结构简单,性能优异,易于制备,是目前高熵合金研究的热点。通过成分设计、元素添加、制备工艺优化等方法,可以显著提高高熵合金熔覆层质量,强化基材性能,获得满足工程应用的高熵合金涂层的有效途径。从元素含量、增强相、热处理工艺等3个方面阐述其对高熵合金涂层微观组织和性能的影响,并进一步分析激光熔覆制备高熵合金目前存在的问题,展望了其未来的研究重点。     

激光熔覆CoCrFeMnNiMox高熵合金的组织和耐蚀性研究

目的 为了增强钢制结构表面的耐蚀性,研究Mo含量对CoCrFeMnNiMox高熵合金组织与耐蚀性的影响。方法 采用激光熔覆的方式在N80钢上制备CoCrFeMnNiMox（x=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5）高熵合金熔覆层,研究Mo含量变化对高熵合金组织、物相与耐蚀性的影响。结果 CoCrFeMnNiMox熔覆试样均由单一的FCC固溶体相组成,随着Mo含量的增加,晶格畸变增大;当Mo的摩尔比超过0.3后,晶粒有长大倾向;Mo的摩尔比为0.5时,表面择优生长晶面由（111）密排晶面转变为（200）非密排晶面。熔覆试样在氯化钠溶液和稀硫酸溶液中的耐蚀性相较N80钢提升明显,其中,CoCrMnFeNiMo0.3的耐蚀性最好,在质量分数为3.5%的氯化钠溶液中其自腐蚀电流密度是N80钢的5%,自腐蚀电位比N80钢提高了1倍;在0.5 mol/L硫酸溶液中,其自腐蚀电流密度是N80钢的31%,钝化区电流密度比N80钢降低了1个数量级。结论 在该高熵合金体系中,随着Mo含量的增加,晶格畸变增大。CoCrMnFeNiMox高熵合金熔覆层可以有效地阻止基体腐蚀的发生。Mo元素在溶液中能够形成MoO3附着在金属表面,从而形成稳定致密的保护层,减少点蚀的发生。CoCrMnFeNiMo0.3熔覆层的耐蚀性最好。     

激光熔覆高熵合金涂层的研究进展

高熵合金涂层具有的良好热稳定性、耐高温性能使其成为高温涂层科学领域一个新的研究热点。激光熔覆技术制备高熵合金涂层的方法是获得其优越性能的制备方法之一。本文主要从涂层成分设计、组织结构、退火工艺与性能、耐高温氧化性能以及其他性能等方面综述了激光熔覆技术制备高熵合金涂层的最新研究成果,分析了当前激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题,提出了应从组元设计、基础理论、性能规律及加工工艺等方面完善科学研究体系,以期制备出性能优异的高熵合金涂层。     

激光熔覆技术制备高熵合金涂层的研究进展

高熵合金是由五种或五种以上元素按照等物质的量比或近等物质的量比进行混合形成的合金,具有杰出的力学性能、物理及化学性能,应用潜力巨大。作为一种新型的表面处理技术,激光熔覆与高熵合金相结合,为高熵合金的应用开辟出了又一空间。介绍了目前国内外采用激光熔覆技术制备高熵合金涂层的研究现状,并展望了其发展前景。     

高熵合金熔覆涂层的研究进展

高熵合金熔覆涂层以其简单的结构、优异的性能、较大的应用潜力在材料表面工程中受到广泛关注。综述了高熵合金熔覆涂层的研究进展,探讨了热处理工艺等对高熵合金熔覆涂层的影响,总结了高熵合金熔覆涂层的应用研究,展望了高熵合金熔覆涂层的发展方向。     

铝材表面激光熔覆Ni_(1.5)Co_(1.5)FeCrTi_x高熵合金层的组织与性能

为了提高铝合金的耐磨性及耐蚀性并降低高熵合金中元素偏析的现象,采用CO_2激光熔覆技术在铝基体表面制备了Ni_(1.5)Co_(1.5)FeCrTi_x高熵合金熔覆层。借助光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和电化学工作站检测技术研究了Ti含量对Ni_(1.5)Co_(1.5)FeCrTi_x熔覆层显微组织和耐蚀性能的影响。结果表明:Ni_(1.5)Co_(1.5)FeCrTi_x高熵合金熔覆层主要相结构为简单的面心立方相、金属间化合物相和Laves相;当Ti含量摩尔比从0.5增至2.0时,Ni_(1.5)Co_(1.5)FeCrTi_x高熵合金熔覆层的表面硬度从510 HV增加到554 HV,在0.5 mol/L HNO_3溶液中具有优异的耐蚀性能。     

激光熔覆制备高熵合金涂层耐磨性研究进展EI北大核心CSCD

机械零部件的摩擦磨损主要发生在材料表面,约有80%的零件工作失效是由表面磨损造成的。摩擦磨损增加了材料和能量的损耗,降低了可靠性和安全性。使用激光熔覆技术在基体表面制备高熵合金涂层的方法,能够使涂层与基体实现良好的冶金结合,以达到提升表面耐磨性能的目的。影响高熵合金涂层耐磨性的因素主要有涂层材料的力学性能,如硬度、塑性和韧性;熔覆过程中产生的缺陷,如表面粗糙不平、气孔和裂纹;摩擦工况,如高温环境和腐蚀环境。本文分析总结了激光熔覆高熵合金涂层的耐磨性影响因素及强化机制。首先,阐明了激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度、光斑直径)和后处理工艺(热处理和轧制)对涂层质量及性能的影响;其次,概述了组元元素选择、高温环境和腐蚀环境对涂层耐磨性的影响;最后,对激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题进行归纳分析,并对未来的发展趋势进行了展望,如基于远平衡态的材料设计理论研发新材料、利用电场-磁场协同或激光-超声振动复合等新工艺提升涂层耐磨性等。     

Si含量对氩弧熔覆AlCuFeNiCoSix高熵合金涂层组织及性能的影响

高熵合金具有独特的相结构和优异的性能。采用氩弧熔覆技术在Q235钢上制备AlCuFeNiCoSi_x高熵合金涂层,探究Si对AlCuFeNiCo高熵合金涂层组织、硬度与耐磨性的影响。结果得出：高熵合金涂层仅由BCC和FCC相结构组成,并没有复杂相出现,随Si含量增加,BCC结构衍射峰强度先减小再增加,组织主要为树枝晶组织,随Si含量增加,枝晶组织先变成棒状枝晶,然后又变成细小致密且不均匀。涂层硬度先减小后增大,然后又减小,当x=0.75时硬度最高,达到62.5 HRC。加入Si含量0.75的涂层耐磨性比未加入Si涂层的提高了26.3%。     

多道搭接激光熔覆NiCrBSi合金层组织及性能

为了改善40Cr钢的表面状态,拓展其应用范围,采用CO2激光器及LASERCELL-1005六轴六联动三维激光加工机床在40Cr钢表面多道搭接激光熔覆了NiCrBSi合金粉末,利用扫描电镜、金相显微镜、磨损试验机、盐雾试验机等对熔覆层的组织及性能进行了研究.结果表明:激光熔覆层由熔覆区、结合区和热影响区3部分组成.多道...     

激光熔覆镍基合金层的组织与高温耐磨性能

为了改善304不锈钢工件的高温耐磨性能,利用CO2激光器在其表面熔覆了Ni基高温合金层。研究了熔覆层的物相组成、显微组织、成分分布,测试了其显微硬度、高温耐磨性能等,并与基材进行了对比。结果表明:Ni基合金熔覆层的组织从熔池底部到表层为胞状晶—柱状枝晶—树枝晶;熔覆层的主要组成相是Ni3Cr2,NbC,Mo2C与Cr23C6;Ni基合金粉末中添加难熔元素Cr,Mo,Nb等对熔覆层的组织起到了固溶强化、硬质相强化和弥散强化作用;熔覆层的平均显微硬度达到了405 HV,高温耐磨性能是基体的2倍多。     

AlCoCrCuFeNi高熵合金激光加工组织及性能研究

目的 针对液压支架立柱表面处理提出了新一代“激光包覆焊”新思路,着重探讨高熵合金AlCoCrCuFeNi作为薄带材料的可行性。方法 采用真空熔炼的方法制备高熵合金AlCoCrCuFeNi的铸锭,用光纤激光器对AlCoCrCuFeNi高熵合金进行单道焊接和连续多道表面重熔。通过金相显微镜观察重熔层的表面形貌、X射线衍射仪进行物相分析、显微硬度计测定硬度,并进行摩擦磨损试验和腐蚀试验来研究重熔层的耐磨性和耐蚀性。结果 高熵合金AlCoCrCuFeNi铸态母材组织为等轴树枝晶,Cu在枝晶间区严重偏析,焊后晶粒更加细化,偏析现象也得到缓解,硬度上升了29.9%,铸态母材与焊缝的物相均为单一的FCC相;经激光重熔后,高熵合金AlCoCrCuFeNi形成了等轴、细小、均匀、致密的晶粒组织,激光重熔层最大硬度为HV669,重熔层摩擦因数和摩擦磨损量均小于铸态母材,激光重熔层和铸态母材均在氯化钠溶液中耐蚀性较强,在盐酸溶液中的耐蚀性较差。结论 高熵合金AlCoCrCuFeNi经激光重熔后,焊后晶粒更加细化,偏析现象也得到缓解,晶粒尺寸在5~8 μm左右。作为薄带的备选材料,高熵合金AlCoCrCuFeNi满足耐磨性高、耐蚀性高（激光重熔后略低于铸态母材）、可焊性好的3个基本要求。     

TiNi记忆合金电子束熔覆层的组织性能研究

目的利用电子束熔覆技术将TiNi记忆合金熔覆在TC4的表面,开展熔覆层耐磨性能研究,以此来改变材料的表面性能,达到实际应用的要求。方法通过SEM、EDS、维氏显微硬度计和摩擦磨损试验机,对熔覆层的宏观形貌、显微组织、元素分布、显微硬度以及摩擦磨损性能等进行测试分析。结果制备出的熔覆层表面成形良好、无气孔、无裂纹,并且与基体实现了良好的冶金结合。熔覆层由表及里的硬度升高,其值最高可达HV625,较TC4母材(HV350)的硬度有明显的提高。通过磨损试验曲线表明,TiNi合金熔覆层和TC4基材稳定后的平均摩擦因数为0.052和0.169,比磨损率为0.96×10~(-4)和2.28×10~(-4) mm~3/(N·m)。结论TiNi熔覆层的耐磨性能较TC4基材的耐磨性能显著增强,可以达到减磨的效果。     

堆内构件钴基合金熔覆层组织及性能研究

目的 确保堆内构件的限位精度,防止由于磨损而造成关键间隙超差,在键与槽、销与键之间的配合面熔覆钴基合金层,以提高耐磨性。方法 分别通过激光堆焊、氩弧焊堆焊、氧乙炔堆焊等方法制备钴基合金熔覆层,研究熔覆层的显微组织结构、力学性能、耐腐性能等。结果 激光堆焊熔覆层、氩弧焊堆焊熔覆层、氧乙炔堆焊熔覆层的枝晶臂直径测量值分别为15.28、20.09、21.91 μm。激光堆焊熔覆层、氩弧焊堆焊熔覆层、氧乙炔堆焊熔覆层平均摩擦因数分别为0.183 598、0.461 085、0.625 683。激光堆焊熔覆层、氩弧焊堆焊熔覆层、氧乙炔堆焊熔覆层平均磨损量分别为0.54、0.90、1.43 g。结论 氩弧焊堆焊熔覆层的稀释率大于激光熔覆堆焊熔覆层、氧乙炔堆焊熔覆层的稀释率。EDS线扫结果表明,氩弧焊堆焊熔覆层的Fe含量随着层数的增加而阶梯性下降。在B含量为1 200 mg/kg、Li含量为3.4 mg/kg的H3BO3和LiOH混合溶液中,氩弧焊堆焊熔覆层的耐蚀性最弱,激光堆焊熔覆层、氧乙炔堆焊熔覆层的耐蚀性相近。激光堆焊熔覆层综合力学性能最优,氩弧焊堆焊熔覆层的次之,氧乙炔堆焊熔覆层的最差。激光堆焊熔覆层的耐磨性能最优,氩弧焊堆焊熔覆层的次之,氧乙炔堆焊熔覆层的最差。通过激光熔覆技术可以获得优质的钴基合金熔覆层,有望确保堆内构件的限位精度,防止由于磨损而造成关键间隙超差。     

超声辅助激光熔覆IN 625高温合金涂层组织及性能研究

目的 针对激光熔覆制备IN625高温合金涂层时易产生缺陷和元素偏析进而导致合金性能下降的问题,提高增材制造IN 625高温合金的力学性能。方法 在激光熔覆IN 625涂层的过程中施加超声振动辅助,通过物相检测和微观组织观测研究超声功率对涂层物相种类和晶体尺寸的影响;通过分析析出相含量、分布方式及析出形态,研究超声功率对元素偏析的影响;通过对显微硬度、高温耐磨性进行测试,研究超声功率对涂层力学性能的影响。结果 施加超声前的涂层组织主要为方向杂乱的粗大枝晶,施加超声后的涂层物相组成未发生明显变化,但枝晶内亚晶排列紧密且尺寸明显减小;施加超声振动后的涂层析出相尺寸减小、含量下降,其中Laves相含量在施加超声后降幅较大,表明超声振动可以抑制Nb、Mo等元素的偏析;施加超声振动后涂层的显微硬度提高,磨损率明显下降,磨损机制由原来的表面疲劳磨损、黏着磨损和磨粒磨损的复杂磨损转变为磨粒磨损、黏着磨损的简单磨损。结论 施加超声辅助可以有效细化IN 625涂层组织,并抑制Laves相的析出,提高涂层的硬度和耐磨性。     

激光熔覆Fe60Nb20Ti20非晶合金粉末及组织性能研究

采用激光熔覆工艺在45钢表面对Fe60Nb20Ti20非晶合金粉末进行不同工艺参数熔覆试验,获得无裂纹且呈冶金结合的涂层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机对涂层的微观形貌、组成相、显微硬度和摩擦磨损性能进行分析。结果表明,涂层组织为细小的α-Fe过饱和固溶体等轴晶和少量的非晶相。涂层平均硬度为857HV,为基体材料的4倍,耐磨性也明显优于基体材料。     

离焦量对激光熔覆层组织及性能的影响

目的改善40 Cr钢表面性能,提高其表面硬度、耐磨性及耐蚀性。方法利用扫描电子显微镜、显微硬度计、磨损试验机、电化学测试系统等对激光熔覆层组织及性能进行观察和分析。结果离焦量越大,熔覆粉末及基体表面熔化深度越浅,通过控制适当的离焦量可以获得结合良好的涂层;离焦量为110 mm时,激光束的快热快冷作用能获得细小均匀的组织,细晶能保证较高的硬度,耐磨性及耐蚀性均较好。结论 40Cr钢经激光熔覆处理后可显著改善其表面性能,适宜的离焦量有利于获得最佳性能。     

激光熔敷钴合金涂层的抗空蚀和冲刷磨损性能

采用激光熔敷方法在20SiMn低合金钢表面制成了Co合金涂层，以两种目前水轮机转用材20SiMn低合金钢和0Cr13Ni5Mo不锈钢作为对比材料，对涂层进行了空蚀，液固两相流冲刷磨损及空蚀和冲刷磨损联合作用实验，采用失重法并结合能谱分析，X射线衍射分析及显微硬度测量等手段研究了涂层的显微结构和在不同形式损伤下涂层的性能并分析了原因。结果表明：在20SiMn低合金钢表面激光熔敷形成的Co合金涂层有良好的抗空蚀性能，这与涂层在空蚀过程中发生的应力诱发马氏体相变密切相关。良好的抗空蚀性能有利于提高涂层抗空蚀和冲刷磨损联合破坏，从而使涂层表现出与0Cr13Ni5Mo不锈钢接近的抗联合损伤性能。