激光预处理基体细化铬层晶粒的电镀机理研究

为了揭示激光淬火预处理钢基体细化镀铬层界面晶粒的电镀机理,采用理论和试验相结合的方法进行了理论分析和试验验证。用化学腐蚀法制备了铬层/激光离散预处理基体界面的两侧（铬层界面与基体界面）,利用扫描电镜研究了铬层界面晶粒形貌,利用激光粗糙度仪测量了基体界面粗糙度;借助电镀理论构建了以过电位为中间变量的铬层界面晶粒尺寸和基体界面粗糙度关系分析模型;取得了粗糙度与晶粒尺寸呈正比的试验结果和粗糙度与晶粒尺寸呈正比的理论关系,得到了淬火预处理钢基体细化镀铬层界面晶粒的电镀机理。结果表明,激光淬火预处理钢基体得到的较小粗糙度可以提高过电位,过电位的提高减小了铬层界面晶粒尺寸。这一结果对进一步解释激光淬火预处理可以提高基体/铬层界面结合强度是有帮助的。     

激光淬火基体对铬层表面形貌的影响

为了揭示激光淬火基体对电镀铬层表面形貌的影响,采用激光离散淬火基体的方法对镀铬层表面形貌进行了研究。铬层表面形成了与离散基体对应的、密实球状组织条带和疏散球状组织条带离散相间的周期性形貌;密实球状组织条带对应着原始基体区,而疏散球状组织条带则对应着激光淬火区。借助于高分辨率扫描电镜,利用化学腐蚀基体和粒子束刻蚀法分别对铬层界面和厚度方向组织形貌的进行了实验分析。结果表明,铬层表面形成了与其对应的周期性形貌,其机理是铬层界面周期形貌和铬层不同的生长方式,将激光离散基体特征传递给了铬层表面。     

激光离散预处理钢基铬层的功能梯度界面效应

为揭示激光离散预处理对镀铬身管的延寿机制,研究了激光离散预处理钢基铬层的功能梯度界面(FGI)效应。结果表明,激光离散预处理使钢基体表层形成周期性梯度结构,初始镀铬层遗传了激光离散预处理基体表层的周期性梯度组织特征。FGI层因激光离散预处理在钢基体/铬层间形成,该FGI层可降低基体/铬层间的硬度梯度,大幅提高铬层的抗腐蚀剥落能力。     

激光离散预处理镀铬身管的基体烧蚀行为研究

为了揭示激光离散预处理基体提高某种型号镀铬身管寿命的机理,采用实验方法,对激光离散处理和未处理的寿终镀铬身管基体烧蚀行为进行了定量对比分析,发现经激光离散处理的没有明显烧蚀沟,并且其基体的烧蚀量比激光未处理的降低了10%。结果表明,降低的原因是受激光处理控制的间距较大的铬层主裂纹扩展到了烧蚀层,增加了影响烧蚀层剥落的主裂纹间距,延缓了烧蚀层的剥落时间。这一结果对进一步分析激光离散预处理基体提高镀铬身管寿命是有帮助的。     

激光硬化基体对镀铬层组织和结合的影响

采用激光相变硬化的方法在电镀前对基体表层预先进行处理,以改善镀层与基体的结合强度,提高其承载能力。借助扫描电镜(SEM)分析镀铬层的组织和界面,对镀层、相变硬化区和基体的硬度变化进行分析,对镀层抗高温烧蚀能力进行测试。结果表明,基体经激光相变硬化处理后,既可以促进镀层外延生长,又可以在镀层和基体之间实现硬度的梯度过渡,从而可以改善结合,缓解应力,提高承载能力,镀层的抗剥落能力和使用寿命得到显著提高。激光相变硬化得到细小的淬火马氏体,位错密度显著增加,表面活性增强,是促进镀层外延生长的主要原因。     

激光重熔A356铝合金表面的力学性能

采用不同的激光功率在A356铝合金表面进行激光重熔试验,分析了重熔层的组织和显微硬度,并采用三点弯曲试验研究了重熔层的力学性能以及重熔层与基体的结合性能。结果表明:与基体相比,激光重熔层的硬度得到了大幅提升;重熔层中的细晶强化及第二相弥散强化提高了重熔层的强度,延缓了重熔层中第一裂纹的发生;重熔层与基板区域具良好的冶金结合能力,界面区域无裂缝;经激光重熔处理的试样表现出了良好的表面力学性能,在1500 W及2000 W激光功率下获得的重熔层与基体间未出现分层现象。     

球墨铸铁预处理对表面激光重熔层开裂倾向的影响

对球墨铸铁表面激光重熔过程中的重熔层开裂倾向及影响因素进行了详细的研究,通过对基体分别进行正火、淬火+回火后进行激光表面重熔的对比试验,考察了在相同的激光重熔工艺参数条件下进行表面重熔处理,发现球铁激光重熔处理前的预处理工艺对重熔过程中的重熔层开裂倾向影响很大,试验结果表明预处理可以改变激光重熔时热影响区的大小、相变产物的显微组织形态,从而改变重熔层的相变应力的分布与大小,进而影响到激光重熔层的开裂倾向。为制定球铁激光重熔预处理的最佳工艺规范提供依据。     

灰铸铁缸套内表面Nd:YAG激光NiTi合金化研究

采用预置涂层法对灰铸铁缸套内表面进行Nd:YAG激光NiTi合金化研究,可得到表面平整的激光合金化层。该材质的灰铸铁存在较大的裂纹倾向,在适当的涂层厚度、工艺参数和预热条件下,可获得无裂纹合金化区。激光强化层包括合金化区和淬火马氏体区和二者之间很窄的过热区,其硬度较铸铁基体显著提高;微观组织以亚共晶介稳组织为主。     

激光淬火及熔覆层性能与物相变化的拉曼光谱研究

利用拉曼光谱研究了45#钢激光淬火层的抗氧化性能和碳在淬火层内的状态,同时研究了镍基合金激光熔覆层内碳的结构形态转变和抗氧化性能。研究结果表明,45#钢中的碳主要表现为纳米非晶石墨和类金刚石结构,激光淬火可以明显提高45#钢表面的抗氧化性能并使碳颗粒细化。随着测试激光功率的增大,激光淬火层表面和次表面的拉曼光谱保持不变,而激光淬火层内部和基体的拉曼光谱发生非常明显的变化,出现了很强的-αFe2O3的拉曼信号。这表明45#钢激光淬火层的表面具有非常优异的高温抗氧化性能。发现在激光熔覆Ni02合金层与基体的接合部非晶碳可以转化为金刚石结构。熔池底部高的温度梯度和快速凝固过程中在界面处产生巨大的瞬间压力,可能是在该区域内非晶碳直接转化为金刚石的主要原因。     

灰铸铁缸套内表面Nd∶YAG激光Ni-Ti合金化研究

采用预置涂层法对灰铸铁缸套内表面进行Nd∶YAG激光Ni-Ti合金化研究,可得到表面平整的激光合金化层.该材质的灰铸铁存在较大的裂纹倾向,在适当的涂层厚度、工艺参数和预热条件下,可获得无裂纹合金化区.激光强化层包括合金化区和淬火马氏体区和二者之间很窄的过热区,其硬度较铸铁基体显著提高;微观组织以亚共晶介稳组织为主.     

不锈钢表面激光熔覆无钴镍基合金涂层研究

为满足某装置用阀门密封面材料不能含有钴的要求,通过激光熔覆两种无钴镍基合金粉末,在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面制备出具有梯度硬度分布的较厚涂层,分析了涂层的微观组织、硬度及界面结合强度。结果表明,采用硬度较低的镍基合金涂层作为过渡层,解决了具有较高硬度镍基合金涂层的开裂问题;涂层与基体及两种镍基合金涂层之间界面连续过渡,硬度呈梯度变化,涂层表面硬度达HRC47;涂层与基体界面为完全冶金结合,其界面结合强度大于565MPa;经弯曲及热震试验后,涂层未出现开裂及剥落现象,说明涂层具有良好的抗热震性能。     

激光熔覆稀土生物陶瓷涂层耐蚀性研究

本文研究了激光熔覆生物陶瓷涂层的耐酸、耐碱及耐生理盐液腐蚀性.结果表明,在一定激光熔覆条件下制备的稀土生物陶瓷涂层复合材料比钛合金、未加稀土的涂层材料耐腐蚀能力强.稀土涂层对基体具有保护作用,稀土在涂层熔池内对流扩散混合,弥散分布整个区域,通过细化表层晶粒,提高晶界结合力,降低化学位,来抑制酸、碱及生理盐液的腐蚀.     

涂层界面失效破坏临界位置的理论分析与实验研究

根据红外激光划痕时在涂层表面产生的温度场的理论分析,找出涂层界面失效破坏的临界位置.在实验研究中,分析红外热成像仪对激光划痕涂层的实时温度检测结果,表明在涂层逐渐失效破坏的过程中,其表面的温度状况呈现出与理论分析结果相一致的两阶段的变化,进而说明了温度变化的转折点即是该涂层从基体脱落下来的临界位置;并通过计算得知,该涂层临界脱落点对应的激光辐射功率大约为31.92 W,这一结果直接反映了该涂层与基体结合强度的情况.     

激光熔覆NiCoFeCrTi高熵合金涂层及其耐磨性能研究

为了提高45#钢的耐磨性能,采用CO2激光熔覆技术进行了NiCoFeCrTi高熵合金涂层的制备实验。采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪分别分析了高熵合金熔涂层的物相结构、显微组织和化学成分。结果表明,由于高熵效应,NiCoFeCrTi涂层具有简单的面心立方相结构;在NiCoFeCrTi高熵合金涂层的熔覆层和结合区中未发现微裂纹,说明高熵合金与45#钢基底的冶金结合较好;熔覆涂层的表面显微硬度远远高于基底,维氏硬度可以达到940HV,是基底的3倍;表面熔覆了NiCoFeCrTi高熵合金的45#钢样品的磨损体积损失为5.010-10m3/m,低于45#钢的8.110-10m3/m。激光熔覆技术制备的NiCoFeCrTi高熵合金涂层可以显著提高45#钢耐磨损性能,对涂层应用研究具有较大参考意义。     

激光熔覆原位生成B4C颗粒增强镍基复合涂层的研究

采用自动送粉工艺,在A3钢表面制备出原位生成B4C颗粒增强的镍基激光熔覆层.使用扫描电镜(SEM),电子能谱(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对熔覆层的组织和物相构成进行了分析,并对熔覆层进行了硬度、摩擦性能测试.结果表明,原位生长B4C颗粒增强的Ni基复合涂层与基材呈现良好的冶金结合.熔覆层的底部组织为先共晶析出的Cr,Fe的碳化物树枝相分布在γ(Ni Fe)基体中,而中上部组织为先共晶析出的树枝晶和包含原位生成B4C的白色颗粒相分布在共晶基体中.熔覆层具有极高的硬度(平均HV0.31400),耐磨性是纯Ni60涂层的2倍.硬度和耐磨性的提高归因于涂层中大量的包含原位生长B4C颗粒相的生成,并均匀分布于涂层的共晶基体中.     

激光烧蚀坑阵列微结构对7075-T6粘接强度的影响

为了研究脉冲能量和烧蚀坑重叠率对7075-T6铝基板粘接强度影响, 采用纳秒光纤脉冲激光在粘接区域加工烧蚀坑阵列微结构, 通过表面形貌、剪切强度和断裂模式等实验参量对粘接效果进行了分析。结果表明, 脉冲能量对表面形貌、剪切强度及断裂模式几乎无影响; 随着烧蚀坑重叠率的增加, 表面粗糙度先增加后减小, 表面面积增加比一直增加; 与原始材料相比, 激光处理后剪切强度至少提升150%;当烧蚀坑重叠率为30%时, 粘接区域发生内聚断裂的面积最大, 剪切强度提升最明显; 脉冲能量为880μJ、烧蚀坑重叠率为30%时, 剪切强度为27.76MPa, 提升最大。该研究对激光烧蚀提高7075-T6粘接强度是有帮助的。     

激光摆动模式对铝/钢焊接接头成形特征及组织、强度的影响

铝、钢金属在物理化学性质上的巨大差异使得铝/钢异种接头的优质连接成为焊接领域的难点。采用摆动激光热源实现了6061铝合金和316L不锈钢搭接接头的良好连接,研究了激光摆动模式、摆动频率对接头成形质量、界面组织结构及拉剪强度的影响。结果表明:摆动激光能够增加铝/钢界面的连接面积,减小接头的熔深,有效抑制焊缝中的气孔、裂纹等缺陷;同时,摆动激光能使界面温度均匀并增强对熔池的搅拌作用,降低界面处的冶金反应,有效抑制界面脆硬金属间化合物的产生;摆动激光焊接接头的界面组织主要为Fe(Al)固溶体及少量弥散分布的针状FeAl3相;摆动激光焊接接头的最大拉剪强度可达117.5 N/mm,相比于常规激光焊接接头提高了约45%,接头断裂位置为不锈钢与焊缝交界处。     

轧辊表面激光重熔热障涂层抗热冲击性能研究

为了提高轧辊表面涂层的抗热冲击性能、延长其高温条件下的使用寿命,采用5kW CO2激光器,对轧辊表面等离子喷涂热障涂层进行了重熔处理。利用扫描电镜和能量色散谱仪,观察激光重熔涂层的涂层形貌和微观结构, 对分界面元素进行了微区成分分析。将试样在1000℃下保温10min后,放入常温(25℃)水中激冷,探究其抗热冲击性能,并与等离子喷涂涂层进行了对比。结果表明,经激光重熔后,涂层孔隙、裂纹明显减少,涂层质量明显提高;涂层与基体之间在一定程度上实现了冶金结合,结合强度明显提高;开始出现裂纹以及最终失效时的冲击循环次数由原来的14次和32次分别提高到43次和94次。该激光重熔工艺有助于提高涂层的热冲击性能,可延长轧辊的使用寿命。