H13钢表面激光原位自生TiC颗粒增强复合涂层的微观结构和摩擦磨损性能

利用6kW横流CO2激光器在H13钢基材表面原位合成了以TiC颗粒为增强相的复合熔覆层。借助X射线衍射(XRD)和能谱仪(EDS)分析了涂层的物相组成,结合光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察了涂层的微观组织,运用显微硬度仪和摩擦磨损试验机测试了涂层的硬度和摩擦磨损性能。结果表明,当预置层中Ti与Cr3C2物质的量比为2.44:1时,熔覆层的主要物相为碳化物TiC、Cr7C3和Fe-Cr固溶体。随着预置层中Ti含量的减少,即当预置层中Ti与Cr3C2物质的量比为2:1时,熔覆层中Cr7C3相增多,而当预置层中Ti与Cr3C2物质的量比为2:2.33时,熔覆层中则出现(Cr,Fe)7C3相。SEM和EDS分析显示,TiC增强相随激光功率密度的增大由球状向薄层状转变。当预置层中Ti与Cr3C2物质的量比为2:2.33,激光功率密度为24.38kW·cm-2时,涂层表面宏观质量良好,无气孔裂纹缺陷,涂层截面平均显微硬度达到931.9HV0.2,约为基材的2.21倍,最低磨损失重仅为基材的27.2%。     

激光熔覆TiB2增强Co基合金涂层的组织与性能

为了研究TiB2陶瓷颗粒对激光熔覆Co基合金层的组织及滑动磨损性能的影响,采用5kW CO2连续式激光器在低碳钢表面激光熔覆Co基合金层和TiB2/Co金属陶瓷复合涂层。结果表明,TiB2/Co金属陶瓷复合涂层主要由γ-Co,Cr23C6,TiB2,TiC,Co3Ti等物相组成;Co基合金涂层的典型显微组织主要由发达的树枝晶+枝晶亚共晶组织组成,TiB2/Co复合涂层的显微组织主要由“梅花状”枝晶+细小共晶组织组成;TiB2/Co金属陶瓷复合涂层的显微硬度及室温滑动磨损性能明显优于Co基合金涂层。这些结果对激光熔覆金属陶瓷复合涂层相关领域的研究是有帮助的。     

纯铜表面激光熔覆TiB2/Cu涂层的组织及导电性能

为了满足电磁导轨的使用要求,采用激光熔覆技术在纯铜表面通过预置粉的方式制备了不同成分TiB2/Cu涂层,用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射分析了涂层的微观结构及相组成。涂层由Cu和TiB2两相组成,当TiB2的质量分数分别为0.02,0.05和0.1时,涂层的显微硬度分别约为95HV0.1,105HV0.1和152HV0.1,电导率为22.9MS/m,20.4MS/m和16.4MS/m。涂层与基体呈良好冶金结合,无裂纹在,TiB2颗粒存在团聚现象,熔覆层组织为外延生长的柱状晶。结果表明,随着TiB2的含量增大,涂层显微硬度升高,涂层的电导率下降。     

TA2钛合金表面激光熔覆Ni基Tribaloy 700涂层

为提高钛合金表面强度,采用预置Tribaloy700(T700)合金粉末的方法在TA2钛合金表面进行了激光熔覆制备Ni基T700涂层的研究。研究结果表明,通过激光熔覆能够获得良好的T700合金涂层;涂层中Ti的适量存在能够促进laves相的析出与长大,Ti稀释较小时涂层组织主要为胞状和胞-枝蔓状的奥氏体γNi相,而Ti稀释较大时涂层组织为基体(TiNi γNi相) Laves相;涂层与基材之间有一厚约80~100μm的过渡区。显微硬度测试结果表明,在固溶强化及细晶强化等作用下T700熔覆涂层的显微硬度较常规方法有明显提高,适量的Ti稀释能够进一步提高涂层的硬度。根据Ti稀释程度的不同,涂层的平均硬度值在700~1000HV之间,约比TA2钛合金基材高4~5倍。     

激光复合溶胶-凝胶法制备TiN-TiB2强化涂层的组织与性能

采用溶胶-凝胶法制备得到含有TiO2、BN和C的复合粉末,将其预置在45钢基体表面,然后通过激光强化原位制备出含有TiN和TiB2颗粒的强化涂层。利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪对涂层组织、成分和物相进行了分析,并测试了涂层显微硬度。结果表明,强化涂层与基体结合良好,涂层中无裂纹、气孔等缺陷,原位生成的颗粒状TiN和须状TiB2均匀分布在强化层中。涂层最高硬度达到956 HV0.1,显著地提高了45钢的硬度。     

激光熔覆原位自生TiB2的工艺研究

采用固体YAG脉冲激光对预置一定配比的Ti/B混合粉末涂层进行激光熔覆,在TC4钛合金表面原位合成TiB2陶瓷增强相.利用X射线衍射、金相显微观察以及显微硬度测试等手段,分别对熔覆样品的物相、组织形貌和显微硬度分布特征进行了研究.实验结果表明,激光功率为64W(其中电流140A,脉宽8～10ms,频率12~15Hz),扫描速度1.O～1.2mm/s,离焦量2mm时,可原位生成TiB2陶瓷涂层.金相观察结果表明,熔覆层与基体结合处为波形界面,形成了良好的冶金结合.显微硬度沿截面纵向呈梯度分布,熔覆层的硬度较基底平均提高了3～4倍.     

BN含量对激光熔覆TiB+TiN复合涂层显微组织和摩擦性能的影响

以Ti和h-BN为原料,在不同配比(Ti与BN物质的量比分别为16∶1,8∶1,4∶1)的情况下,采用激光熔覆的方法在Ti-3Al-2V的表面原位合成TiB/TiN复合强化涂层,利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)和透射电子显微镜(TEM)分析涂层显微组织结构,采用硬度和摩擦实验检测涂层物理性能。检测结果表明:1)B元素的含量对涂层显微结构和分布状态有重要影响;2)当熔池中B元素满足形成TiB的浓度时发生形核与生长,TiB优先沿着TiN晶粒晶界处形核和生长;3)随着BN含量的增加,熔覆层的显微硬度与耐摩擦性能增加,最大的硬度达到基体的5倍,单位时间内熔覆层的摩擦损失量不到基体磨损量的一半。     

增材制造的含硼Ti-6Al-4V钛合金的组织与性能研究

第二相对增材制造钛合金材料的组织与性能有显著影响。将不同质量分数的B粉与Ti-6Al-4V粉末混合,在激光沉积制造(LDM)工艺下制备出块状样品,结合样品的室温拉伸性能,对第二相在显微组织形成、基体形变过程中的强化机制进行了讨论。研究结果表明,在LDM过程中,B与Ti-6Al-4V合金中的Ti发生原位反应,生成针状TiB第二相,并均匀分布于基体中。随合金中TiB含量的增加,原始β柱状晶尺寸逐渐减小,晶内片层状α相逐渐粗化,合金的室温拉伸强度和塑性均获得提高。TiB与基体α相间具有严格晶体学位相关系,在阻碍基体应变过程中,针状TiB易沿直径方向断裂,断裂处在随后的形变过程中形成孔洞。最佳强化效果出现在含有B粉质量分数为0.1%的样品中,原因在于当合金中B粉质量分数过大时,会出现过多的针状TiB断裂,此时连续孔洞转变为微裂纹,导致材料塑性下降。     

WS2含量对钛合金激光熔覆自润滑耐磨复合涂层的影响

以NiCr/Cr3C2-10%WS2、NiCr/Cr3C2-20%WS2、NiCr/Cr3C2-30%WS2合金粉末为原料, 采用激光熔覆技术在Ti-6Al-4V合金表面制备了γ-NiCrAlTi/TiC+TiWC2/CrS+Ti2CS复合涂层。采用 X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析了涂层的物相和显微组织。结果表明: 激光熔覆的复合涂层与基体呈冶金结合, γ-NiCrAlTi/TiC+TiWC2/CrS+Ti2CS复合涂层主要由硬质TiC和TiWC2为耐磨增强相、γ-NiCrAlTi为增韧相、Ti2CS 和 CrS金属硫化物为自润滑相的自润滑耐磨复合涂层。随着固体润滑剂WS2添加含量的增加, γ-NiCrAlTi/TiC+TiWC2/Ti2CS+CrS涂层中的金属硫化物体积分数明显增加, 复合涂层的磨损率逐渐降低, 复合涂层自润滑耐磨性能明显增强。     

宽带激光熔覆生物陶瓷梯度涂层及其生物活性

为了消除激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的热应力,提高涂层与基材的结合强度,采用宽带激光熔覆技术,在Ti-6A1-4V合金表面制备含HA+β-TCP的生物陶瓷梯度涂层(HA为羟基磷灰石).利用OM、SEM和XRD对涂层形貌、相组成进行了研究,并通过体外模拟体液浸泡实验考察了涂层的生物活性.结果表明:生物陶瓷梯度涂层分为基材、合金化层以及生物陶瓷层3个层次,且各梯度层的结合界面均为良好的化学冶金结合.稀土氧化物La2O3在激光熔覆生物陶瓷过程中具有诱导合成HA-β-TCP的作用,生物陶瓷涂层的生物活性与不同La2O3含量诱导合成HA+β-TCP的数量密切相关.当La2O3含量为0.6 wt.%时,合成HA+β-TCP的数量最多.当La2O3的添加量为0.6 wt.%时,涂层表面形成的类骨磷灰石数量最多:且经14天浸泡后的涂层明显比7天形成的类骨磷灰石数量多.     

宽带激光熔覆梯度生物活性陶瓷复合涂层组织与性能

为了增加基材与生物陶瓷涂层之间的结合强度,消除激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的开裂倾向,设计了一种梯度生物陶瓷复合涂层并采用宽带激光熔覆技术在Ti-6Al-4V合金上制备了梯度生物陶瓷复合涂层,对其组织和性能进行了研究.结果表明:钙和氧元素主要分布在生物陶瓷涂层中;钛和钒元素主要分布在基材和合金化层内;磷元素分布在合金层与陶瓷层中.合金层中基底组织上分布着白色共晶组织和白色颗粒,基底组织主要为Ti(Al,P,Fe,V)相,白色共晶组织主要为Fe2Ti4O AlV3,白色颗粒为结晶析出的Al3V0.333Ti0.666;生物陶瓷层中的基底组织为胞状晶,其上分布有灰色相和白色颗粒相,胞状晶主要为GaO、CaTiO3和HA,灰色相为β-TCP及Ca2Ti2O6,白色颗粒相为TiO2.陶瓷涂层表面形成了类珊瑚礁结构及短杆堆积结构.这种表面结构将有助于为骨细胞长入生物陶瓷涂层提供通道.陶瓷层与钛合金基体之间的结合强度大于37.3 MPa.合金层的最高硬度为1600 HV0.2,生物陶瓷涂层显微硬度最大值约为1300HV0.2.     

TC4钛合金表面激光熔覆原位制备TiB陶瓷涂层的微观组织特征与硬度特性

为提高钛合金表面力学性能,利用钛合金基体与TiB2粉末之间的原位反应,在TC4钛合金表面激光熔覆原位制备了TiB陶瓷涂层。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了熔覆层的形貌、显微组织与陶瓷相分布,并用硬度计测试了显微硬度。结果表明,在实验优化的工艺参数下,可制备出无气孔、无裂纹与表面质量较好的熔覆层。熔覆层的显微组织由表及里从块状颗粒转变为细针状组织;TiB2陶瓷相由表及里逐渐减少,而TiB陶瓷相由表及里逐渐增多;熔层表面显微硬度高,并由表及里呈现出梯度变化。     

CeO_2含量对激光熔覆TiB/TiN涂层显微组织和性能的影响

在Ti和h-BN粉末中添加不同含量的CeO_2作为原料,采用激光熔覆技术在Ti3Al2V表面原位合成TiB/TiN复合陶瓷强化涂层。通过测试分别研究了不同含量的CeO_2对熔覆层的强化相微观组织形貌、显微硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明,熔覆层原位合成了TiB和TiN强化相;通过添加适量的CeO_2,熔覆层中的强化相变得更加细小,组织分布更加均匀,硬度和摩擦磨损性能得到提高。CeO_2加入量的质量分数为2%时,熔覆层的表层硬度可达1400HV,耐磨损性能最佳。     

激光熔覆原位自生复合材料涂层的研究

利用激光熔覆技术,使用HL-1500型CO2激光器在45#钢表面制备出原位自生成的Ni基金属陶瓷TiB2层.并采用现代化分析手段对涂层的宏观形貌,显微组织特征和元素分部进行了系统的观察和分析.研究结果表明,熔覆合金层显微组织由枝晶固溶体及其间细密的共晶组织组成,涂层中存在γ-Fe,γ-Ni,TiB2,TiB和少量的Ni4B3.     

激光快速成形TA15钛合金热处理组织及其力学性能

采用激光快速成形方法制备了TA15(Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V)钛合金厚壁件,研究了不同退火温度对激光快速成形TA15钛合金组织和室温拉伸力学性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,粗大β晶内的初生α相板条体积分数减少,而β转变组织体积分数增加,且β转变组织形貌由板条状(β)→层片状(α+β)→细层片状(α+β)转变。力学测试结果表明,经940 ℃/1 h,空冷热处理后,激光快速成形TA15钛合金室温拉伸力学性能达到最优;而当退火温度大于等于970 ℃时,其室温拉伸力学性能大幅度降低,拉伸断口扫描电镜(SEM)照片表明,室温拉伸断裂为脆性断裂。     

激光重熔对火焰喷涂法制备Ni-WC复合涂层耐磨性能的影响

利用CO2激光对火焰喷涂制备的Ni-WC复合涂层进行了重熔实验,通过扫描电镜(SEM)观察了其重熔后表面形貌,测试了含有不同WC体积分数样品重熔前后的涂层显微硬度,并分析了WC含量对涂层组织及耐磨性的影响。实验结果表明,火焰喷涂制备的涂层气孔随着WC颗粒含量增大而增多,经激光重熔后气孔明显减少;激光重熔后的涂层显微硬度比火焰喷涂的涂层显微硬度提高约20%,WC体积分数为6%时涂层显微硬度达到最大值;激光重熔处理后的涂层耐磨性随着WC含量的增加而增大,WC体积分数为6%时,其耐磨性达到最佳值。     

激光熔化沉积Ti6Al4V/Inconel625梯度耐高温涂层组织演变行为研究

采用激光熔化沉积技术制备了组织致密,无裂纹、无孔洞等缺陷的Ti6Al4V/Inconel625梯度耐高温涂层,通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射等分析技术对梯度涂层的显微组织、成分及相变进行研究。结果表明:随着成分梯度的变化,涂层的显微组织由片层α和β相组成的片层组织转变为等轴组织,且随着镍基合金含量的增多,合金元素数量增多,液相熔池中的溶质浓度增加,成分过冷明显,形核率增大,组织进一步细化;梯度耐高温涂层的相组成发生了如下变化:α+β→α+β+Ti_2Ni→Ti_2Ni+β→Ti_2Ni+CrNi_2+γ-Ni,在晶间区域内存在β-Ti与Ti_2Ni离析共晶,此外还存在CrNi_2相;随着Inconel625含量增加,梯度涂层的硬度增大,当镍基合金的体积分数为100%时,在共析强化和固溶强化的共同作用下,硬度达到峰值855 HV;梯度涂层的硬度主要与β相、Ti_2Ni析出物和CrNi_2化合物以及溶质元素的含量有关。     

灰铸铁表面激光合金化制备高镍复合涂层的研究

在合金灰铸铁表面预置高镍粉末,采用激光合金化技术进行了制备原位合成颗粒增强复合涂层的研究.在添加强碳化物形成元素和RE2O3条件下获得了成形好、无缺陷、与基体形成冶金结合且硬度较低的合金化层.合金化层微观组织呈亚共晶介稳态,由奥氏体、莱氏体及弥散分布的大量复合碳化物颗粒相组成.颗粒相富含Ti、Zr、Mo、W元素,颗粒尺寸3～5μm,颗粒分布密度达6.65×103mm-2数量级,合金化层显微硬度平均值约为HV0.2450.     

磁场辅助激光沉积涂层微观组织与性能研究

为了改善激光沉积过程中，涂层出现气孔、裂纹与基材结合不良等缺陷，采用旋转磁场辅助激光沉积的方法，在304奥氏体不锈钢制备了Fe106+镍包碳化钨（质量分数为0.05）复合涂层。借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪、激光共聚焦扫描显微镜等表征手段进行了组织结构和物相分析，通过硬度计、摩擦磨损试验机对其耐磨性进行测定。结果表明，旋转磁场可以抑制熔池流动，促进了涂层组织细晶强化和匀质效应；磁场强度为70mT时涂层显微硬度是无磁场涂层的1.16倍；相同的磨损条件下，磁场强度为70mT的涂层比无磁场涂层失重降低了64.2%，耐磨性得到明显改善。利用磁场辅助激光沉积对改善激光沉积缺陷是有帮助的。     

激光熔覆NiCrAl—陶瓷涂层的磨损性能和显微组织研究

运用激光熔覆技术和原位反应合成的原理,在40Cr钢表面用预置涂层的方法, 制备了(TiO2+B2O3+Al2O3+TiB2)/NiCrAl金属陶瓷涂层. 借助光学显微镜、X射线衍射仪、电子探针及显微硬度计等手段对熔覆层的组织、物相、元素分布和显微硬度分布特征进行了分析研究.实验表明,熔覆过程中同时原位生成TiB2和Al2O3亚微米颗粒,原位生成的两个陶瓷相都以弥散的方式存在于NiCrAl晶粒内部,形成晶内强化;在熔覆过程中没有参与反应的陶瓷相B2O3和TiO2处于NiCrAl晶粒间,但是,其分布是一种非连续的点状分布,有利于合金的强化;熔覆层中的主相依次分别是γ-Ni,γ′, Al2O3和TiB2.熔覆层的微观结构和硬度主要和激光处理参数和熔覆层化学组成有关.陶瓷相的原位生成和加入的结果大大改善了熔覆层的硬度和覆层/基体界面的结合性能. 用自制的仿销环磨损机进行磨削试验,结果表明,随陶瓷相在熔覆层中的配比从5%增加至20%时,陶瓷层的硬度不断增加,同时磨损性能也得到相应提高.探讨了激光作用下陶瓷相原位生成的机制,结合了激光快速冷凝和原位反应生成方法的共同优点,可以达到陶瓷-金属的纳米级复合.(OE1)