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)     

钛合金表面激光熔覆(Ti+Al/Ni)/(Cr2O3+CeO2)复合涂层组织与耐磨性能

为改进钛合金(Ti6Al4V)的耐磨性能,应用脉冲Nd:YAG激光器进行了钛合金表面熔覆(Ti+Al/Ni)+(Cr2O3+CeO2)复合涂层实验,分析了熔覆层微观组织,测试了熔覆层显微硬度及其在大气环境室温下的摩擦磨损性能.结果表明,熔覆层组织是在细小树枝晶和共晶基体上散布着未熔Cr2O3颗粒和白亮球状液析Cr2O3,及生成的硬化TiAl陶瓷颗粒增强相.显微硬度明显提高,最高可达1150HV,平均是基材的3～4倍.熔覆层和基材实现良好冶金结合,白亮熔合区宽度为10～20 μm.激光熔覆层干滑动摩损的摩擦系数在0.2～0.3之间,磨损率比Ti6Al4V标样降低约4～5倍.     

激光熔覆原位合成TiC-Cr7C3-Ti-Ni金属复合材料涂层

利用激光熔覆工艺在Ti-6Al-4V合金表面制备出原位自生TiC-Cr7C3-Ti-Ni金属复合陶瓷涂层,以改善材料表面的综合性能。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量分散仪(EDS)、电子探针显微分析仪(EPMA)等手段对复合涂层微观组织结构进行研究。结果表明,复合涂层主要由-βTi,-γNi固溶体及分布于晶间的Ti/TiC或Ti/Cr7C3共晶组成;晶内为贫Ni,C的-βTi固溶体组织,晶间为富Ti,C的Ti/TiC和Ti/Cr7C3共晶组织;随着复合涂层成分的变化,激光熔覆原位合成物的量发生相应的变化,涂层熔区内晶体生长形态从网络状晶向树枝晶、等轴晶过渡;复合涂层显微硬度值较基体有显著提高。     

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.     

Ti6Al4V合金激光熔覆复合涂层的摩擦学和高温抗氧化性能研究

为了改善Ti6Al4V合金的摩擦学和高温抗氧化性能,预置Ni Cr/Cr3C2-Al-Si复合粉末,采用激光熔覆技术在钛合金表面制备复合涂层。表征了涂层的显微组织结构,测试了涂层的摩擦学和高温氧化性能,并分析了相关机理。结果表明:涂层由Ti C、Ti5Si3和Cr3Si增强相及γ-Ni/Al8Cr5基体组成,平均显微硬度为750 HV0.5,约为Ti6Al4V(360 HV0.5)合金的2倍。室温(25℃)下,由于涂层的高硬度可有效抵抗塑性变形,涂层表现出较好的耐磨性能;高温(600℃)下,钛合金表面生成氧化膜,呈现自润滑效果,而涂层表面产生裂纹,耐磨性能轻微降低。恒温(800℃)氧化32 h后,钛合金表面发生严重氧化腐蚀,而涂层表面生成致密的Al2O3、Ni O和Cr2O3混合氧化物,有效阻止了氧原子的扩散,高温抗氧化性能约为钛合金基体的8.4倍。     

钛合金激光熔覆(Ti+Al/Ni)/(Cr2O3+CeO2)

为改进钛合金(Ti6Al4V)的耐磨性能，应用脉冲Nd:YAG激光进行了钛合金表面熔覆(Ti+Al/Ni)+(Cr2O3+CeO2)复合涂层实验，分析了工艺参数对熔覆层高度、熔深、稀释率的影响，观测了熔覆层的组织与性能。结果表明，熔覆层高度和熔深随单脉冲能量的增加而增大。单脉冲能量20 J,脉宽8 ms,频率5 Hz,扫描速度1.1 mm/s时稀释率达到最小，其值为3.95%。熔覆层组织是在细小树枝晶和共晶基体上散布的未熔Cr2O3颗粒和白亮球状液析Cr2O3，并有硬化TiAl陶瓷颗粒增强相存在。显微硬度明显提高，最高可达1150 Hv，平均是基材的3～4倍。熔覆层和基材实现良好冶金结合，白亮熔合区宽度10～20 μm。通过优化工艺参数，获得连续、均匀、无裂纹和气孔的高质量涂层。     

Al2O3对Ni60激光熔覆层组织和耐磨性的影响

采用自动送粉激光熔覆技术,在A3钢表面进行了Ni60合金添加Al2O3的激光熔覆试验,通过对工艺参数和Al2O3含量的选取,获得了性能改善的激光熔覆层。对熔覆层横截面进行了硬度测试和显微组织分析,对熔覆层表面进行了X射线衍射物象分析和摩擦磨损试验。结果表明:与纯Ni60激光熔覆层相比,添加适量Al2O3的Ni60激光熔覆层的平均硬度提高300Hv0.3,耐磨性提高4倍。分析认为,Al2O3能够大大提高Ni60激光熔覆层硬度和耐磨性的原因在于:适量Al2O3的加入,可抑制涂层中粗大的脆性硬质相的形成,起到细化晶粒的作用:而形成的Al2Cr4C2细小颗粒增强相均匀弥散分布在组织中,不容易脱落,很好的起着均匀载荷和减摩抗磨作用。     

钛合金表面NiCrBSi激光熔覆层的组织与耐磨性研究

在 TC4合金表面进行了激光熔覆 Ni Cr BSi涂层的试验 ,结果表明 ,激光熔覆层在微观结构上存在熔覆区、结合区和基体热影响区三个区域。熔覆区的组织是在初晶 γ Ni和 γ Ni、Ni3B、硅化物组成的多元共晶基底上分布着 Ti B2 、Ti C、M2 3( CB) 6等颗粒增强相。结合区是熔覆材料 Ni基合金和基体钛合金的混熔区 ,呈定向凝固特征。基体热影响区为针状马氏体组织。激光熔覆层的耐磨性能比时效硬化的钛合金显著提高 ,磨损机制是剥层磨损和磨粒磨损。     

K418合金激光熔覆Ni-Cr-Ti-Al涂层的组织研究

采用机械球磨法获得混合均匀的Ni-Cr-Ti-Al熔覆材料;并利用CO2激光器在K418镍基高温合金表面制备了不同化学成分的Ni-Cr-Ti-Al涂层;采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射仪(XRD)等手段探讨了不同成分涂层与基体合金的结合情况。分析比较了Ni,Ti和Al含量对熔覆涂层的组织特征的影响。结果表明,在熔覆过程中,Ti,Al合金元素与Ni相互作用将形成Ni2TiAl,Ni3(Al,Ti),Ni3Ti和NiAl金属间化合物相;Ni-Cr-Ti-Al熔覆涂层以Ni3(Al,Ti)相形成的枝晶组织为主,Ni2TiAl,Ni3Ti及NiAl相分布在Ni3(Al,Ti)枝晶间;其中,Ni66.11Cr7.35Ti14.39Al12.15熔覆涂层形成了TiAl合金与K418合金之间成分和性能的良好过渡,为实现TiAl合金/K418合金异种合金间的扩散连接提供了良好的组织基础。     

钛合金激光熔覆硬质颗粒增强金属间化合物复合涂层耐磨性

以54.51Ti-37.68Ni-7.81B4C(元素前数字为质量分数值)粉末混合物为原料,利用激光熔覆技术在TA15钛合金基材表面制得了以外加未熔B4C颗粒及快速凝固"原位"生成硼化钛和碳化钛为增强相,以金属间化合物TiNi、Ti2Ni为基体的复合涂层。采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等手段分析了涂层显微组织,并测试了涂层的二体磨粒磨损性能。结果表明,激光熔覆硬质颗粒增强金属间化合物复合涂层硬度高、组织均匀并表现出优异的抗磨粒磨损性能。高硬度、高耐磨的B4C、硼化钛和碳化钛陶瓷增强相与高韧性TiNi/Ti2Ni金属间化合物基体的强韧结合是激光熔覆涂层优异耐磨性的主要原因,其磨损机理为轻微的显微切削和塑性变形。     

Q235表面激光熔覆原位TiC/Ni复合层显微组织研究

采用CO2激光器在Q235钢基体表面激光原位合成TiC/Ni复合涂层;借助于扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、ML-100型磨粒磨损试验机对涂层组织结构、物相、组成成分、硬度及耐磨性能进行了分析。结果表明: 在Q235表面激光熔覆(Ni+Ti+C)混合粉末原位制备出了TiC /Ni复合陶瓷涂层, 涂层组织细密、无裂纹、气孔且与基体呈良好的冶金结合, TiC颗粒呈现块状和花瓣状组织;从表层到底部TiC颗粒数量逐渐减少;添加Ti和C的复合涂层较镍基激光熔覆层, 其显微硬度和耐磨性能都得到了一定的提高。     

激光熔覆纳米Al2O3复合陶瓷涂层的组织结构

研究了 4 5 #钢表面激光熔覆纳米Al2 O3 复合陶瓷涂层的微观组织结构、显微硬度和磨损特性。结果表明 ,激光熔覆层由α-Al2 O3 和TiO2 以及Al2 O3 纳米颗粒组成 ,在激光的作用下 ,消除了原来等离子喷涂层的片层状组织 ;纳米颗粒仍然保持纳米尺度 ,填充在涂层的大颗粒之间 ,起着桥连的作用 ;同时涂层气孔率的降低使涂层致密化程度得以提高 ,纳米Al2 O3涂层的显微硬度较高 ,且其耐磨性能明显优于等离子Al2 O3 +1 3%TiO2 喷涂层     

(MoO3+B2O3)对镍基合金激光熔覆层的影响

采用激光熔覆技术，在A3钢表面进行了Ni60合金粉末添加(MoO3+B2O3)的熔覆实验。使用金相显微镜、扫描电镜、电子能谱和X射线衍射仪对熔覆层进行了显微组织和物相分析，讨论了(MoO3+B2O3)加入量对熔覆层组织、裂纹敏感性的影响,并测试了涂层硬度及摩擦性能。结果表明，通过对工艺参数及(MoO3+B2O3)含量的优选，可以获得无裂纹、无气孔且与基底呈冶金结合、质量良好的熔覆层，其组织为BMo2C,Cr23C6和Ni4B3的共晶体分布在γ-Ni固溶体基体中。与纯Ni60熔覆层相比，虽然其硬度稍有降低，但耐磨性却有较大提高,因而适量(MoO3+B2O3)的加入能抑制涂层中块状CrB脆性相的产生，形成细小的网状共晶体，使得涂层组织均匀细化，且韧性成分提高，从而涂层的韧性提高、裂纹敏感性降低。     

原位生成TaC颗粒增强镍基激光熔覆层

利用激光熔覆技术,在A3钢表面制备出了原位生成TaC颗粒强化的镍基复合涂层。使用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)仪对熔覆层进行了显微组织和物相分析,并测试了熔覆层显微硬度及摩擦性能。结果表明,在适当的工艺条件下,激光熔覆制备原位生成TaC颗粒增强镍基复合涂层成形良好、表面光滑,涂层与基体呈现良好的冶金结合。熔覆层组织由原位生成的TaC颗粒相 Cr3C2与γ(Cr-Ni-Fe-C)的枝状共晶相 γ(Cr-Ni-Fe-C)基体组成。由于TaC颗粒强化相的形成及其均匀弥散分布,既提高了涂层中的强化相比例,又细化了组织,使得TaC/Ni60激光熔覆层具有高的硬度(平均硬度HV0.31100),与纯Ni60熔覆层相比,耐磨性提高4倍。     

激光熔覆过渡金属硅化物Laves相增强高温耐磨抗氧化涂层组织与性能研究

采用激光熔覆技术,在1Cr18Ni9Ti基材上,“原位”合成了以MoNiSi及Co_3MoSi Laves相为增强相的镍基和钴基复合材料涂层。利用OM,XRD、SEM、TEM等研究了涂层的显微组织和微结构,并考察了涂层的显微硬度、耐磨损性能和高温抗氧化性能。结果表明,镍基、钴基激光熔覆涂层显微组织分别为MoNiSi分布在镍基固溶体基体上和初生Co_3Mo_2Si分布在Co固溶体和Co_3Mo_2Si共晶基体上。两种合金的强化相均为具有密排六方晶体结构的MgZn_2型Laves相、且固溶大量合金元素Cr;固溶体相均为面心立方晶体结构,Cr、Si、Mo等合金元素固溶含量很高。镍基、钴基激光熔覆涂层的平均显微硬度分别为650HV_(0.2)和1000HV_(0.2)。与不锈钢和镍基高温合金相比,Laves相增强激光熔覆复合材料涂层具有优良的耐磨和抗高温氧化综合性能。     

激光熔覆NbC/Ni60合金复合涂层的组织与性能

利用激光熔覆在45钢基体上制备了NbC颗粒增强的Ni60合金复合涂层。结果表明,复合涂层的组织由γ-Ni奥氏体枝晶、枝晶间的共晶、M₂₃C₆、NbC、和少量的CrB相等组成。NbC颗粒是在激光熔覆过程中原位合成的,其形貌为不规则的块状或花瓣状。原位合成NbC颗粒增强的Ni60合金激光熔覆涂层的显微硬度可达HV0.2 1 000左右,相比于纯Ni60合金涂层,复合涂层的显微硬度提高了约38%。并且,通过激光熔覆（Nb+C）/Ni60混合粉末成功修复了2Cr13材质汽蚀的汽轮机叶片。     

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。     

钛合金表面激光熔覆（Ti＋Al/Ni）/（Cr2O3＋CeO2）复合涂层组织写耐磨性能

为改进钛合金(Ti6A14V)的耐磨性能,应用脉冲Nd:YAG激光器进行了钛合金表面熔覆(Ti Al/Ni) (Cr_2O_3 CeO_2)复合涂层实验,分析了熔覆层微观组织,测试了熔覆层显微硬度及其在大气环境室温下的摩擦磨损性能。结果表明,熔覆层组织是在细小树枝晶和共晶基体上散布着未熔Cr_2O_3颗粒和白亮球状液析Cr_2O_3,及生成的硬化TiAl陶瓷颗粒增强相。显微硬度明显提高,最高可达1150HV,平均是基材的3～4倍。熔覆层和基材实现良好冶金结合,白亮熔合区宽度为10～20μm。激光熔覆层干滑动摩损的摩擦系数在0．2～0．3之间,磨损率比Ti6A14V标样降低约4～5倍。     

添加Mn、Mo、Ti合金元素对激光熔覆WC-FeNiCr复合涂层组织及磁性能的影响

研究了添加Mn、Mo、Ti合金元素对激光熔覆Fe Ni Cr+60%WC复合熔覆涂层微观组织和磁性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM),能谱仪(EDS),X射线衍射仪(XRD)对熔覆层进行微观组织、成分及物相分析。利用振动样品磁强计(VSM)对熔覆层的磁性能进行测试。研究结果表明激光熔覆WC-Fe Ni Cr复合涂层与基体具有良好冶金结合,表面无裂纹、气孔等缺陷。Mn、Mo、Ti合金元素的加入,使得复合涂层冶金反应及组织形貌更加复杂,Fe、Ni、Cr元素之间存在相互作用并与WC之间存在互熔扩散,并生成了新的无磁相Ti C,Mo C,Fe-Cr(σ相),Cr0.19Fe0.7Ni0.11,而且Mn、Mo、Ti合金元素的加入使复合涂层相对磁导率显著降低,复合涂层磁性能具有较强的稳定性。     

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.