激光熔覆制备纳米结构涂层的研究进展

综述了激光熔覆制备纳米结构复合涂层的研究进展。着重介绍了激光熔覆制备金属基纳米粒子增强涂层的组织结构和性能特征。对比分析了激光熔覆和其他涂层制备方法的优缺点。阐述了激光熔覆制备纳米复合涂层存在的主要问题,并对技术发展前景和应用领域进行了展望。     

镁合金表面激光熔覆纳米三氧化二铝

镁合金由于密度小、比强度高、良好的导电和导热性而成为工业结构工程和运输工具中非常有应用前景的工程材料.但由于镁合金的耐磨性差,成为阻碍镁合金应用与汽车工业或其他工程部件中作为转动部件的一大障碍.为提高镁合金的表面耐磨性.各种表面处理技术应运而生.其中激光表面改性处理技术比较引人瞩目.为提高镁合金的表面耐磨性.采用激光熔覆纳米Al2O3颗粒的办法对ZM5镁合金进行了表面改性处理.激光改性是采用500 W脉冲Nd:YAG熔化预置在ZM5表面的纳米三氧化二铝进行处理的.激光熔覆后,对改性层的显微结构进行了分析.同时对显微硬度与激光加工参数之间的关系以及耐磨性均进行了测试.改性层的显微硬度可以高达350 HV,而基材的显微硬度只有100 HV.激光改性处理层的耐磨性与基材相比也得到了显著的提高.     

纳米SiC激光熔覆陶瓷涂层组织结构分析

将激光熔覆引入纳米陶瓷涂层工艺，进行了纳米SiC的激光熔覆试验，分析了纳米陶瓷材料激光熔覆工艺的影响因素，得到了合理的纳米SiC粉末激光熔覆工艺。通过X射线衍射(XRD)分析，扫描电镜(SEM)等手段，对所制备的纳米陶瓷涂层进行组织结构分析。试验表明：采用获得的激光熔覆工艺，能够有效缓解现有纳米陶瓷涂层工艺中材料晶粒过渡生长、致密度等问题，实现高质量纳米结构SiC陶瓷涂层制备。熔覆过程中，部分SiC纳米粉末发生分解，生成Si与C，产物保持纳米结构。     

刀具表面激光熔覆高熵合金涂层的研究进展

高熵合金具有很广泛的应用价值。目前,传统的铁基合金达不到高速切削的要求,为提高传统刀具材料在高速切削下的性能,国内外通过激光熔覆技术对传统刀具材料进行了改性。本文综述上述研究,同时也总结高熵合金块体与涂层的制备方法及研究现状。从热力学半经验判据设计合金成分出发,首先,介绍成分设计下的基础合金体系的显微组织与性能,探究添加不同合金化元素对涂层组织与性能的影响机制。其次,介绍退火和工艺参数对刀具表面激光熔覆高熔点高熵合金涂层的组织与性能的影响。最后展望高熔点高熵合金涂层的发展前景。     

镁合金表面激光熔覆技术的研究进展

综述了镁合金表面激光熔覆技术的研究进展状况。介绍了镁合金表面激光熔覆工艺特点和工艺方法;阐述了工艺参量对熔覆层性能的影响;总结了当前镁合金表面激光熔覆的主要材料体系及其熔覆层的组织和性能;展望了镁合金表面激光熔覆技术今后的发展方向。     

镁合金表面激光熔覆Al-Si基纳米SiC复合涂层的组织及性能

纳米材料由于其结构的特殊性,具有一般材料难以获得的优异性能,为了将纳米材料的优异性能应用到镁合金表面改性当中,利用横流CO₂激光器在AZ31B镁合金基体上制备了Al-Si合金粉末+5%纳米SiC粉末复合涂层,采用光学显微镜、扫描电子显微镜观察了熔覆层的显微组织并分析了微区成分分布情况,激光熔覆层与基体结合良好,熔覆层的显微组织具有明显的结构特征,出现了大量的十字架结构。X射线衍射结果表明,激光熔覆层的组成相主要为Mg₂Si、Mg₂C₃、Mg₁₇Al₁₂、A_l3.21Si_0.47等。利用显微硬度仪进行了硬度测试,由于在激光熔覆过程中新形成的化合物起到了强化作用,熔覆层的最高显微硬度可达216 HV0.2,是基体的3倍多。     

激光熔覆梯度生物陶瓷涂层的研究

钛合金表面涂覆羟基磷灰石 (HA)用作硬组织植入体 ,既有优良的力学性能 ,又有优良的生物相容性 ,是材料学和生物医学中的研究热点。基于CaCO3 +CaHPO3 ·2H2 O在高温下能反应生成羟基磷灰石 ,以及激光熔覆技术能够制备与基体材料结合良好的陶瓷涂层的事实 ,尝试了利用激光处理在钛合金表面同步合成与熔覆羟基磷灰石生物陶瓷涂层的新技术。实验表明 ,以 80CaCO3 2 0CaHPO3 ·2H2 O ,另加 1%Y2 O3 为原料 ,在功率密度 13～ 15W/mm2 ,扫描速度 6 30mm/min的处理条件下 ,在TC4钛合金表面成功地制备出以羟基磷灰石为主的、具有梯度特征的生物陶瓷涂层。该涂层由表及里钙含量逐渐减少 ,钛、钇递增 ,磷则是先增加后减少 ;致密度由表及里呈现出逐步提高的特征 ;显微硬度则逐渐降低     

激光熔覆HA生物陶瓷梯度涂层的微观组织结构

利用激光熔覆的方法在纯钛表面制备了羟基磷灰石(HA)生物陶瓷梯度涂层，通过电子探针和X射线衍射仪(XRD)对不同工艺参数下制备的涂层进行了微观组织观察和物相分析。实验结果表明，当激光功率为600W，扫描速度为3．5mm／s时，在纯钛表面可获得组织致密结合形态好的HA生物陶瓷梯度涂层，涂层的组织为胞枝晶和枝状晶，与人体骨组织的结构相似，主要由生物活性较好的HA相以及α—Ca2P2O7，Ca2(PO4)2等钙磷相组成，涂层下部的Ca，P的原子比例与HA中的Ca，P的原子比例相当，涂层表面因P的丢失而使其比例略高。随着功率的提高，涂层组织出现了少量的微孔，微孔的出现有利于骨组织在其上面植入生长，但涂层中Ca，P的原子比例升高，涂层的生物活性降低。随着扫描速度的加快，涂层熔化不充分，组织疏松，强度降低，影响了其使用。     

激光熔覆纳米碳化钨涂层组织和性能

采用7KW横流CO2激光器在2Cr13不锈钢基体上进行了激光熔覆纳米WC粉末的实验。使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线能量色散谱仪(EDAX)、显微硬度仪等设备检验了涂层的组织和性能。结果表明:采用激光熔覆纳米WC粉末的方法可以得到致密的复合涂层;涂层熔覆区呈现出典型的Fe的胞状树枝晶和树枝晶间的Fe-C-W组织;XRD分析表明,复合涂层主要由Fe、WC、W2C和Fe3C几种相组成;涂层的性能测试结果表明:表面硬度为1750HV,熔覆层平均硬度为1200HV,耐磨损性能比基体提高了2.5倍。     

压片预置式激光多层熔覆厚纳米陶瓷涂层结合性能

采用压片预置式激光多层熔覆制备了厚纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数)涂层,研究了涂层的微观组织和结合性能,并分析了涂层厚度对结合强度的影响。结果表明,陶瓷涂层各层之间无明显界面,过渡缓和自然,涂层内部致密、连续,基本无孔隙及贯穿性大裂纹等缺陷;涂层由等轴晶的完全熔化区和残留纳米颗粒的部分熔化区组成,并且涂层中的裂纹基本集中于部分熔化区,另外晶粒尺寸表现为上小下大的梯度过渡特征。随着涂层厚度的增加,结合强度逐渐下降,其减小的趋势为先快后慢。厚度为175μm的试样结合强度高于78.6 MPa,而厚度为350、525、700μm的涂层结合强度分别为66.3、47.4、36.2MPa。     

钛合金表面激光熔覆Ti C复合涂层的设计

钛合金具有比强度高、耐腐蚀性能好等优点, 但其硬度低、耐磨性能差, 限制了它在航空工程摩擦构件和生物医学工程上的应用。研究自行设计了3种预涂粉层的成分, 采用HL-5000型横流CO2激光加工机在TC4钛合金表面相应地制备了TiC+Ti、 TiC+Ti+ F102和TiC+ F102 3种熔覆层。通过SEM, EDAX, XRD, HXD-1000TMC型显微硬度计, HT-600型高温摩擦磨损试验机, 分析了熔覆层的显微组织、成分、物相, 测试了激光熔覆层的显微硬度和滑动摩擦磨损性能。结果表明: (TiC+Ti+ F102)和(TiC+ F102)熔覆层有可能用于航空结构材料;而(TiC+Ti)熔覆层有希望用于生物医学功能材料, 但仍需作进一步的研究。     

激光熔覆制备非晶复合涂层的研究进展

非晶态合金是一种极有发展潜力的新型金属材料。激光熔覆非晶复合涂层不仅能有效提高材料表面性能,还是将非晶态合金推向应用的有效方法。综述了激光熔覆非晶复合涂层的研究现状,包括激光熔覆非晶涂层的材料体系、组织结构和性能特点等,并指出了激光熔覆非晶涂层目前存在的主要问题与发展方向。     

钛合金基体上激光熔覆制备钛铝化物基复合涂层组织特征

采用含有Ti,Al,Nb,Cr,C元素的混合金属粉末，以激光熔覆的方法在Ti-6Al-4V合金基材上制备了钛铝化物基原位合成碳化物增强复合涂层，分析了涂层的成形、组织组成、成分分布、相结构组成以及显微硬度分布等显微结构特征。所制备的涂层组织细小均匀，其显微结构特征可以描述为：等轴γ-TiAl＋层片(γ-TiAl/α2-Ti3Al)＋碳化物增强相，其中，等轴的γ-TiAl晶粒尺寸在微米量级，γ-TiAl/α2-Ti3Al 层片间距在500 nm以下，碳化物增强相在涂层内部均匀分布，呈微米级的短棒状形态。     

激光熔覆镍包纳米氧化铝

进行了2Cr13不锈钢表面激光熔覆镍包纳米氧化铝的实验。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能量色散谱仪(EDAX)、显微硬度仪等设备检测了涂层表面、横截面的显微组织和涂层的硬度、耐磨损等性能,分析了加入纳米氧化铝粒子后对涂层组织和性能的影响。研究结果表明,激光熔覆可获得致密的Fe-Ni(Cr)合金和Al2O3粒子复合涂层。其中,纳米氧化铝粒子弥散分布在微细合金晶粒之间,并与合金晶粒一起形成了胞状树枝晶结构。纳米氧化铝粒子的加入增加了基质金属的成核率,起到了细晶强化以及弥散强化的作用,使得复合涂层的机械性能大幅度提高。复合涂层的平均硬度为700HV0.2,比基体提高了1.5倍,耐磨损性能比淬火态基体提高了1.25倍。     

瓦楞辊高耐磨激光熔覆颗粒增强铁基复合涂层

瓦楞辊现有强化方式如中频淬火、氮化、镀铬、激光相变硬化和喷涂碳化钨在寿命、成本、工艺稳定性及可再修复性方面存在一定的局限性,而采用激光熔覆的方法对瓦楞辊进行强化及修复可以在一定程度上弥补传统方法的劣势.针对瓦楞辊工况下强烈的低应力干摩擦磨粒磨损,采用专门研制的抗磨粒磨损粉未材料THW-64,通过工艺优化,在瓦楞辊齿表面激光熔覆制备厚度大于0.4 mm的耐磨涂层,研究瓦楞辊激光熔覆强化涂层的组织及性能.熔覆层无裂纹、与基体呈牢固的冶金结合,涂层组织为亚共品基体上弥散分布着大量原位生成的复合碳化物颗粒,平均显微硬度915HV0.2.摩擦学对比实验证明复合涂层耐磨粒磨损的性能明显改善,工业应用表明激光熔覆强化的瓦楞辊使用寿命较激光相变硬化有显著提高.     

激光熔覆Ta-W合金涂层工艺方法研究

采用预置涂层和同轴送粉激光熔覆方法,分别以Ta/W混合粉末和纯W粉末为熔覆材料,纯Ta为基底,在Ta板上制备Ta-W合金涂层,对难熔金属材料的激光熔覆工艺方法进行了对比研究。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及显微硬度计对两种方法所制备熔覆层的微观组织和显微硬度进行了分析。结果表明,预置粉末法激光熔覆层厚度均匀,稀释率低,涂层内部为粗大的Ta-W合金固溶体组织,熔覆层平均硬度为1500HV,高于基底10倍。同轴送粉法激光熔覆层与基底呈良好的冶金结合,熔深较大,涂层内部为致密细小的树枝状Ta-W合金固溶体,均匀分布于Ta中。涂层平均硬度为800HV,为基材的5倍。     

原位生成NbC颗粒增强镍基激光熔覆层

激光熔覆技术是金属材料表面强化和改性的有效方法之一。利用该技术,在A3钢表面激光熔覆预置涂层,成功制备出了原位生成NbC颗粒增强的镍基复合涂层,并进行了硬度、摩擦性能测试,X射线衍射(XRD)和显微组织分析。扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射分析结果表明,原位生成NbC颗粒增强的镍基复合涂层与基材呈现良好的冶金结合,熔覆层的组织为先共晶析出的树枝晶(Cr,Fe碳化物相)和原位生成的NbC颗粒相均匀分布在γ(Ni Fe)基体中。硬度测试和摩擦磨损实验表明,激光熔覆原位生成NbC颗粒增强镍基复合涂层平均硬度高达HV0.31200,耐磨性是纯Ni60激光熔覆层的2.5倍。分析认为,其硬度和耐磨性提高的原因在于涂层中形成了大量的、原位生长的NbC颗粒增强相,且均匀分布于基体中。