激光熔覆层的开裂行为及其防止

在深入研究激光熔覆层开裂行为原因的基础上,总结了目前防止开裂行为的方法及存在的问题,并对彻底解决熔覆层裂纹问题给出研究方向.     

激光熔覆NiCr涂层的结构及摩擦学性能

利用激光熔覆技术在纯钛表面制备了NiCr涂层。用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了涂层的组成和组织结构。在UMT-2MT摩擦磨损试验机上对NiCr涂层在不同载荷和不同滑动速度下的摩擦磨损性能进行了测试。结果表明:NiCr涂层的主要组成物相为NiTi、Ni3Ti、Ni4Ti3、Cr2Ni3和Cr2Ti,涂层与基材冶金结合,涂层晶体结构主要为树枝状晶,涂层的平均显微硬度约为780HV0.2,涂层的摩擦因数随载荷和滑动速度的增加而减小;磨损率随载荷的增加而增加,随滑动速度的增加而减小。涂层的磨损率在10-6 mm3/Nm数量级,具有优异的耐磨性能。     

激光熔覆高温自润滑覆层的摩擦学特性

采用激光熔覆技术制备了Ni3Al–BaF2/CaF2–Ag基高温自润滑耐磨覆层,考察了覆层在不同温度下的摩擦学性能及高温自润滑机理。结果表明,对复合粉末的预先机械合金化处理,改善了覆层组织的相容性及覆层的摩擦学性能。在室温至800℃的宽温域范围内,覆层的摩擦因数及磨损率分别在0.30～0.34及(2.6～8)×10-5 mm3/m.N之间波动,覆层表现出较平稳的摩擦磨损性能。在中低温度摩擦时,磨损形式主要为微断裂及磨粒磨损;在600℃及以上温度摩擦时,磨损形式受润滑相的热软化与Ni3Al粘结相的摩擦氧化反应共同作用的控制。     

激光熔覆材料相容性的研究进展

回顾了不同体系的激光熔覆材料及其组织和性能,对激光熔覆过程中的开裂现象及原因作了较为全面的分析,提出了材料相容性设计的概念,指出防止开裂的途径,从材料的相容性着生,包括化学、组织及物理相容性等方面,数值模拟技术的迅速发展为预测熔覆过程中的热应力与残余应力的分布提供了可能,但结果的准确性很大程度上依赖于材料科学基础研究的进展。     

激光熔覆含SiC金属陶瓷涂层显微组织特征

采用连续ＣＯ２激光器在钢表面进行熔覆含ＳｉＣ金属陶瓷涂层。对不同工艺条件下激光熔属层组织结构、成分与硬度进行了研究，对试验结果和凝固过程进行了传热分析。     

激光熔覆多层涂层温度场的数值模拟

基于ANSYS生死单元技术,建立了多层激光熔覆三维有限元分析模型,获得多层激光熔覆温度场的分布规律,同时分析预热温度对激光熔覆热循环的影响.试验结果表明,平行于热源移动方向的节点加热速度较快,降温速度缓慢;垂直于热源移动方向的节点,距离熔覆层中心越近,加热速度和冷却速度越大.y方向的结合处节点的温度梯度大于x方向的结合处节点的温度梯度;热输入保持不变时,随着预热温度的升高,加热速度变化较小,峰值温度升高,相变温度以上停留时间变长,但高温停留时间变化不大.预热温度为200?℃时,t8/5约为未预热下的3.2倍,预热可以减小熔覆层开裂倾向,有效降低涂层应力.     

激光熔覆生物陶瓷涂层的组织结构

借助ＸＲＤ及ＳＥＭ对ＴＣ４钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的组织结构进行了研究。结果表明,该涂层为含ＨＡ等钙磷基复合相结构,其组织具有择优取向,有序分布的胞状微晶特征,晶内局部区域有细小粒状物析出,晶界存在第二相,涂层与基体界面为化学冶金结合。该涂层提高了与自然生物硬组织组织结构特性的相似程度。     

激光重熔对高速激光熔覆Ni625合金涂层组织和耐蚀性的影响

利用高速激光熔覆在2Cr13钢基体表面制备了Ni625合金涂层,并对涂层进行了激光重熔处理。采用粗糙度仪、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线残余应力仪、电化学工作站及盐雾试验等分析了激光重熔前后涂层的宏观形貌、微观组织、残余应力及耐蚀性能。结果表明：激光重熔后,涂层表面粗糙度降低到1.76μm,降幅达86%,熔覆层更趋致密且表面平整度提升明显;激光重熔后涂层近表面区域的树枝晶间距减小,晶粒明显细化,重熔后熔覆层中的物相不变,主要由γ-(Ni, Fe)韧性相、Cr₂Ni₃相及少量M₂₃C₆硬质相构成;重熔前后涂层表面均为压应力,重熔态涂层表面的残余压应力水平略有下降;重熔态涂层的自腐蚀电位比基体提高约0.243 V,比熔覆态涂层提高约0.121 V;基体、重熔前后涂层试样的容抗弧半径和阻抗模值依次增大;经过96 h盐雾腐蚀试验后,重熔态涂层的质量损失率与基体和熔覆态涂层相比分别降低了94.1%和66.8%;分析认为重熔态Ni625涂层耐蚀性的提高归因于激光重熔处理后...     

激光熔覆无碳化物贝氏体涂层制备及其摩擦学性能

通过控温激光熔覆及后续等温转变处理,制备出显微组织细小、硬度分布均匀且耐磨性良好的无碳化物贝氏体涂层。采用光学显微镜、XRD、TEM、SEM、显微硬度计、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机等分别对不同参数的熔覆试样、对比试样的显微结构及性能进行测试。结果表明:与盐浴淬火试样相比,采用控温激光熔覆技术制备的无碳化物贝氏体涂层显微组织均匀细小,贝氏体晶格常数由2.8692?增加到2.8697?,铁素体微晶尺寸由86.3 nm减小至67.0 nm,无碳化物贝氏体涂层的显微硬度由(384±18)HV0.1提高到(430±13)HV0.1。摩擦因数由1.21降低至1.05,磨痕深度由0.1 mm降低至0.04 mm。较高的表面硬度提高了无碳化物贝氏体涂层表面抵抗塑性变形的能力,减缓了磨痕表层的剥落。     

激光熔覆NiCrBSi/Ag复合涂层 结构及空间摩擦学性能

目的 提高钛及钛合金的空间摩擦学性能,拓展钛及钛合金在空间技术领域的应用范围。方法 用激光熔覆技术在纯钛基材表面制备了NiCrBSi/Ag复合涂层。用X-射线衍射仪、扫描电镜和高分辨透射电镜分析涂层的物相组成、显微组织结构和晶体结构。用空间摩擦学实验系统对NiCrBSi/Ag复合涂层在真空、原子氧和紫外辐照三种模拟空间环境以及大气环境下的摩擦学性能进行系统的研究。采用扫描电镜和能量色散光谱仪对摩擦测试后NiCrBSi/Ag复合涂层的磨痕形貌和对偶不锈钢钢球的磨痕形貌及元素面分布进行分析。深入探讨NiCrBSi/Ag复合涂层在三种模拟空间环境及大气环境下的磨损机理。结果 在纯钛基材表面通过激光熔覆制备的NiCrBSi/Ag复合涂层主要物相组成为NiTi、Ni3Ti、Cr2Ni3、Cr3Si、TiB2、Cr-Ni-Ti-Fe、Ag相,显微结构主要为等轴晶和枝状晶组织。复合涂层具有较高的显微硬度,涂层截面平均显微硬度约为830HV0.2,约是钛基材硬度的4.4倍。复合涂层在真空、原子氧和紫外辐照模拟空间环境下的摩擦系数和磨损率均小于大气环境下的值。在三种模拟空间环境下,相对于纯钛基材,复合涂层的磨损率约小2个数量级。复合涂层在真空、原子氧和紫外辐照模拟空间环境下的磨损机理为粘着磨损和磨粒磨损,在大气环境下的磨损机理主要为磨粒磨损。结论 NiCrBSi/Ag复合涂层可以显著提高纯钛基材在真空、原子氧和紫外辐照三种模拟空间环境以及大气环境下的摩擦学性能。     

海水环境中钛元素改性铜基激光熔覆层的摩擦行为研究

目的通过激光熔覆作用,使钛元素与铜基合金生成耐磨的第二相组织,提升铜基合金表面在海水环境中的耐磨性能。方法采用激光熔覆技术在ZQAl9442镍铝青铜合金表面制备均匀的钛元素改性铜基涂层。采用SEM、EDS、XRD、摩擦磨损试验机等检测仪器,对该改性涂层的显微组织、元素分布、硬度以及在大气与海水环境中的摩擦性能进行分析。结果改性涂层中,因钛元素添加生成了Al Cu2Ti相,使得改性涂层的表面硬度在第二相析出强化的作用下得以提升,显微硬度可达(310±10)HV0.3,相比同质修复层,提升了14.8%。在海水环境中,改性涂层的摩擦系数远低于同质修复层。改性涂层在大气环境中的磨损机制为氧化磨损、粘着磨损及磨粒磨损,在海水环境中的磨损机制为磨粒磨损。结论通过在ZQAl9442铜合金表面进行激光熔覆,得到了兼具高硬度、高耐磨性和抗海水环境摩擦的钛元素改性铜基涂层,在一定程度上提升了镍铝青铜合金在海水环境中的服役寿命。     

激光熔覆低温相变合金熔覆层的热疲劳性能

采用激光熔覆技术在Q235表面制备低温相变合金熔覆层。采用金属热疲劳的试验方法,对低温相变合金（Low temperature transformation,LTT1,LTT2）熔覆层进行热疲劳实验,热循环次数分别为N=4000、4500、5000和6000,采用单纯的热应力,加热和水淬交替进行,设置上限温度为600℃,下限温度为室温,加热到上限温度并保温55 s,循环水冷却时间10 s。利用3 D激光共聚焦显微镜对低温相变合金（LTT1,LTT2）热疲劳实验后的熔覆层表面裂纹加以观察;利用电子背散射衍射（Electron back scattered diffraction,EBSD）技术研究试样疲劳裂纹附近晶粒形貌及裂纹扩展趋势。结果表明：热疲劳裂纹主要与冷热循环次数有关,随着热循环次数的增加,熔覆层表面裂纹密度也随之增大且相互交错贯通,当循环次数达到6000次时,LTTI熔覆层裂纹深度相对热循环次数为4500次时增大了43.2%,裂纹平均深度达到了210.3 μm;裂纹方向沿晶界扩展;合金元素的配比影响合金的热疲劳性能。     

激光熔覆Hastelloy C276涂层组织及抗热震性能研究

目的 针对微晶玻璃压延辊在服役过程中因表面频繁承受较大的温度梯度而开裂的问题,研究一种抗冷热疲劳性能突出的高性能防护涂层来延长压延辊服役寿命。方法 采用激光熔覆技术,以扫描速度为800 mm/min、送粉量为26 g/min、光斑直径为4 mm、搭接率为50%、激光功率为2 200 W的工艺参数,在2Cr13基体上熔覆Hastelloy C276镍基合金涂层。采用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）研究熔覆涂层的微观组织和热震失效裂纹微观形貌、元素分布以及涂层相组成。利用箱式电阻炉对Hastelloy C276熔覆涂层与2Cr13基体进行热震试验。结果 Hastelloy C276熔覆涂层表面无裂纹、成形良好,涂层与基体之间为冶金结合。涂层由γ-Ni、M6C和M23C6相组成。熔覆涂层从基体结合处至表面依次形成了平面晶、胞状组织、柱状树枝晶以及等轴树枝晶,碳化物相均在树枝晶间析出。Hastelloy C276熔覆涂层抗热震失效次数约为2Cr13基体的3倍,最高抗热震次数可达到202,HastelloyC276熔覆涂层具有良好的抗热震性能。结论 由于Hastell...     

激光熔覆制备WC/Ni-Al基复合涂层高温稳定性研究

在不锈钢基材上通过激光熔覆Ni-Cr-Al-Co-Mo-W-Nb-Ti-C) WC粉末制备出WC陶瓷颗粒增强Ni-Al基复合涂层,并将试样在1 000℃高温大气氛围内保温50h.利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计对涂层高温时效前后的组织、相成分、硬度进行了对比分析和测试.结果显示激光熔覆WC陶瓷颗粒增强Ni-Al基高温耐磨复合涂层经1 000℃×50h时效后,涂层与基材之间没有出现裂纹、孔洞等缺陷,保持着良好的冶金结合.激光熔覆18wt%WC增强Ni-Al基高温耐磨复合涂层具有良好的高温稳定性;激光熔覆28wt%WC增强Ni-Al基高温耐磨复合涂层显微硬度也没有出现明显降低的现象,但合金元素出现了贫化现象.     

脉冲激光熔覆Inconel 718涂层热行为数值模拟及其对显微组织的影响

目的 揭示脉冲激光作用下Inconel 718合金涂层凝固传热行为的演化机制,改善涂层中Nb、Mo元素偏析现象,提升Inconel 718合金熔覆涂层的力学性能,为优化Inconel 718熔覆涂层质量提供理论依据。方法 综合考虑物性参数随温度、脉冲激光热源、粉末传输形式,以及凝固过程中相变潜热对涂层凝固热行为的影响,构建脉冲激光熔覆传热模型。基于数值模拟技术和激光熔覆试验,利用VHX-2000电子显微镜对涂层显微组织形态进行分析验证,采用日立SU8010场发式扫描电镜观察分析显微组织和元素偏析情况,并使用显微硬度计测试涂层的硬度值。结果 由数值模拟分析结果可知,脉冲激光涂层的冷却速度、温度梯度、凝固速度均大于连续激光涂层,其枝晶生长细密且No、Mo元素呈弥散分布,显微组织自底向顶以平面晶、胞状枝晶、柱状枝晶、等轴枝晶等形式存在,Laves相的体积分数降低至2.93%,在细晶强化和固溶强化作用下,熔覆涂层的平均显微硬度提升至307HV0.1。结论 脉冲激光涂层热行为数值模拟分析结果符合Inconel 718涂层组织形态快速凝固变化的规律,数值模型可靠。脉冲激光形成的高冷却速度和高温度梯度,能在一定程度上抑制Inconel 718合金涂层中Nb、Mo元素的偏析,离散并细化γ枝晶组织,降低Laves相的体积分数,显微组织在细晶强化和固溶强化双重作用下,提升涂层的力学性能。     

激光熔覆与热喷涂镍基合金涂层的微观组织和性能

利用热喷涂和激光熔覆技术分别制备了镍基涂层,采用显微组织和显微硬度法对两种涂层进行了对比研究。结果表明:两种工艺得到的涂层组织基本相同,主要包括-γN i固溶体、硼化物、碳化物+镍γ-固溶体共晶以及合金渗碳体等金属间化合物,热喷涂涂层组织中未形成共晶体;两种涂层的平均硬度均高于基体,均达到了表面强化的目的。     

钛表面激光熔覆NiCr-Ag复合涂层结构及空间摩擦学性能研究

利用激光熔覆技术在钛基材表面制备了NiCr-Ag复合涂层。用XRD、SEM和HRTEM分析了涂层的组成和组织结构,利用空间摩擦学系统对复合涂层在三种模拟空间环境(高真空、原子氧和紫外辐照)以及大气环境下的摩擦磨损性能进行了系统的研究。采用SEM和EDS对磨损后复合涂层和对偶钢球的形貌和元素面分布进行了分析,揭示了复合涂层在模拟空间环境及大气环境下摩擦磨损失效机理。结果表明：复合涂层在大气环境条件下的摩擦磨损性能优于在三种模拟空间环境下的摩擦磨损性能;真空下的辐照对复合涂层的摩擦磨损性能有显著的影响,辐照会增加涂层表面氧化;复合涂层在高真空、原子氧和紫外辐照模拟空间环境下的磨损机理为较严重的粘着磨损、磨粒磨损和塑性变形,在大气环境条件下的磨损机理主要为磨粒磨损。