激光熔覆高熵合金涂层的耐腐蚀性能研究进展

利用激光熔覆技术制备的高熵合金涂层已成为一种新兴的绿色清洁耐腐蚀涂层.为了最大程度发挥高熵合金涂层的耐腐蚀防护性能,需要探究激光熔覆高熵合金涂层耐腐蚀性能的影响因素及影响机理.首先阐述了高熵合金理论以及利用激光熔覆技术制备高熵合金涂层的优势,总结了高熵合金激光熔覆涂层优异耐腐蚀特性及耐腐蚀强化机理.重点综述了高熵合金元素组成、激光熔覆工艺参数、涂层后处理工艺以及服役温度4个因素,对高熵合金激光熔覆涂层耐腐蚀性能的影响规律与影响机理.高熵合金中适当添加Ni、Al、Ti等元素,在一定程度上可以提高涂层的耐腐蚀性,但是随着元素含量的进一步增加,由于高熵合金涂层的物相组成改变、晶格畸变严重、元素偏析加剧,可能导致涂层的耐腐蚀性能降低.适宜的激光加工参数可以使涂层具有较好的耐腐蚀性,原因在于涂层的缺陷较少、组织细密均匀.退火、激光重熔、超声冲击处理等涂层后处理工艺,通过改变高熵合金涂层的物相组成以及微观组织特征,来提高其耐腐蚀性.激光熔覆高熵合金涂层的服役环境温度越高,则腐蚀速率越快.最后,对激光熔覆高熵合金涂层的耐腐蚀性能强化方法进行了总结与展望.     

2Cr13不锈钢激光熔覆涂层的性能

激光熔覆作为一种新的表面强化技术被广泛应用于再制造领域,采用激光熔覆工艺在2Cr13不锈钢基体上制备了Ni基耐磨涂层,并通过光学显微镜、场发射扫描电镜以及能谱分析、摩擦磨损研究了熔覆层的性能。结果表明,熔覆层主要以树枝状晶为主;在熔覆层中含有大量Cr元素,说明在熔覆过程中,产生了富Cr相,这些相对于提高熔覆层表面硬度非常有利。熔覆层最高硬度可达566.7 HV0.05,是基体硬度的1.9倍。因此,激光熔覆工艺可被用于提高零件表面硬度及耐磨性。     

激光熔覆TiC增强不锈钢涂层的组织及性能

以机械混合后的2205不锈钢、钛铁和Cr3C2粉末为原料,在16Mn钢的表面制备了TiC增强不锈钢激光熔覆层,并对其显微组织、摩擦磨损及电化学腐蚀行为进行了研究。结果表明:熔覆层组织主要由α-Fe、γ-Fe和TiC析出相构成,Ti和C元素反应充分,无Cr_3C_2陶瓷相残留,也无其他杂相生成;随TiC比例的增加,γ-Fe相含量减少,TiC析出形貌由尺寸较小的块状转变为尺寸相对较大的十字放射状; TiC强化相的引入有效地提高了熔覆层的显微硬度和耐磨性,且降低了熔覆层粘着磨损的倾向,并增强了其抗磨粒磨损的能力;相比于单一2205不锈钢熔覆层,TiC强化不锈钢熔覆层在3.5%NaCl水溶液中的钝化能力下降,但同步补充Cr元素能够有效改善其耐腐蚀性能。     

激光熔覆TiC-H13涂层的微结构及耐腐蚀性能的研究

以H13钢为基体,通过激光熔覆TiC-H13混合粉末获得熔覆层,考察TiC的加入对TiC-H13熔覆层的微观结构以及耐腐蚀性能的影响。采用SEM、EDS和TEM对熔覆层内的微观组成和物相进行表征,利用电化学阳极极化曲线研究熔覆层的耐腐蚀性能。结果表明:TiC-H13粉末和H13钢基体可以形成良好的熔覆层,熔覆层与基体紧密结合,熔覆层中形成新物相TiC。与H13钢相比,TiC-H13熔覆层的腐蚀电位明显升高,腐蚀电流明显降低,耐腐蚀性能得到显著提高。     

石墨烯对激光熔覆镍基复合涂层耐腐蚀性能的影响

目的 研究石墨烯(Gr)含量对镍基复合涂层耐腐蚀性能的影响,通过分析Gr对复合涂层耐腐蚀性的影响规律从而确定Gr的最优添加量,同时研究不同Gr含量的镍基复合涂层在3种不同p H值溶液(酸性、中性、碱性)中的腐蚀行为。方法 采用预置粉激光法制备了5种不同Gr含量(质量分数分别为0%、0.3%、0.5%、0.8%、1%)的石墨烯/镍基(Gr/Ni60)复合涂层,并对复合涂层进行腐蚀前表面微观形貌分析、耐腐蚀性能测试、X射线光电子能谱分析、腐蚀后表面形貌分析。结果 在加入Gr的复合涂层中,C元素与Cr元素主要分布在枝晶间,枝晶内区域主要以Fe、Ni为主。随着复合涂层中Gr含量的升高,在酸性腐蚀条件下,自腐蚀电位随着Gr含量的增加而升高,从-0.466 V升高到-0.384 V,极化电阻也由纯Ni60涂层的87.71?/cm2升高到153.53?/cm2,但各涂层均没有明显的钝化区间,主要发生析氢腐蚀,枝晶内腐蚀严重。在中性腐蚀环境下,各涂层出现了明显的钝化区间,当Gr的质量分数为0.8%时,钝化区间最长达到0.285 V,此时相位角值及阻抗模值均达到最大值,且表面生成的氧化物提高了涂层的耐腐...     

激光熔覆316L不锈钢涂层组织和性能的研究

目的提高45#钢的使用性能和耐蚀性。方法以316L不锈钢粉末为熔覆材料,在45钢退火基体表面制备不锈钢熔覆层,采用CCD中心组合设计,利用金相法检测熔覆层的几何形貌参数,利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)分析熔覆层的显微组织,采用显微硬度计和磨损试验机测试熔覆层的显微硬度和磨损性能,利用电位极化曲线测试熔覆层的耐腐蚀性能。结果当激光功率为600 W,扫描速度为22.5mm/s,送粉速率为0.18 r/min时,熔覆层与基体呈良好的冶金结合。熔覆层的硬度在461.3~559.8HV,是基材硬度的2倍左右;磨损量为0.0146 g,是基材的0.1倍;摩擦系数较为稳定,保持在0.5左右,是基材的0.3倍左右;自腐蚀电流密度为3.274×10~(-7) A/cm~2,是基材的0.7倍左右。结论在45钢表面激光熔覆316L不锈钢涂层后,可有效提高其耐磨性和耐蚀性。     

超高速线光斑激光熔覆不锈钢涂层显微结构及性能研究

目的 设计超高速线光斑激光熔覆送粉喷嘴,在极高的熔覆效率和极低的搭接率下制备不锈钢熔覆涂层,对比研究圆光斑及线光斑下的熔覆涂层的微观组织结构及性能。方法 基于送粉喷嘴流场及粉末粒子运动轨迹的模拟研究,设计超高速线光斑激光熔覆专用送粉喷嘴。在此基础上,以27SiMn为基体,采用1 mm´ 10 mm线光斑,在10%搭接率、熔覆效率4.5 m²/h下,采用超高速线光斑激光熔覆FeCr合金薄涂层;作为对比,采用超高速圆形光斑(2 mm)激光在0.2 m²/h熔覆效率下熔覆FeCr合金涂层。采用SEM、XRD对比分析线光斑/圆光斑涂层微观组织结构与涂层显微硬度。结果 通收束角度为25°~27°的单流道送粉喷嘴可得到分布均匀、飞行速度适中的粉末束流。对比研究超高速线光斑及圆光斑激光熔覆涂层可知,相同扫描速度下2种光斑制备的涂层均较为致密,无裂纹与气孔,由熔覆层底部到熔覆层表面均呈现出平面晶—柱状晶—等轴晶的变化趋势,线光斑和圆光斑涂层硬度在700~800HV,线光斑下的熔覆层硬度分布更加均匀,表面粗糙度Ra可低至<4 μm,搭接率可低至10%,熔覆效率可达 4.5 m²/h,远高于圆光斑激光下的熔覆效率。结论 2种光斑模式下的涂层微观组织、相组成及硬度相当,但超高速线光斑激光熔覆层表面光洁度更高,表面粗糙度更低,熔覆效率可达圆光斑的20倍。     

球墨铸铁表面激光熔覆Ni-Co复合涂层的耐腐蚀及高温摩擦学性能

为降低球墨铸铁激光熔覆过程中白口组织的含量,改善其高温摩擦学性能和耐腐蚀性能,采用激光熔覆技术,通过添加Ni基过渡层在球墨铸铁表面制备Co基涂层。利用XRD、SEM、EDS表征不同熔覆层的物相组成、微观结构。采用高温摩擦磨损试验机测试不同温度下Co基涂层与球墨铸铁的摩擦磨损性能,分析Co基涂层在不同温度下的磨损机理。利用电化学工作站测试Co基涂层与球墨铸铁的耐腐蚀性能。结果表明：Ni基过渡层的物相为γ-Ni固溶体和Ni₃Si陶瓷相。Co基涂层主要由γ-Co固溶体和Cr7C₃陶瓷相构成。Ni基过渡层的添加抑制了基材中C元素扩散,降低了结合界面处白口化趋势。由于Cr7C₃陶瓷相的强化作用,Co基涂层的显微硬度为球墨铸铁基材的2.1倍。与球墨铸铁基材相比,当温度高于200℃时,Co基涂层在与Si₃N₄配副对磨时表现出较低的平均摩擦因数与磨损率。在中低温条件下Co基涂层与Si3N4配副对磨时的磨损机制为黏着磨损与磨粒磨损,高温条件下的磨损机制为形成连续光滑的氧化层起到减摩抗磨的作用。C...     

激光熔覆304不锈钢涂层的组织及耐蚀性

为提高普通碳钢表面耐蚀性,利用5 kW横流CO2激光加工设备在45钢表面激光熔覆制备304不锈钢涂层。采用光学显微镜、XRD和SEM等手段对所制备涂层的显微组织及相组成进行分析,并分别利用化学侵蚀实验和阳极极化曲线对涂层的耐腐蚀性能进行测试。结果表明:熔覆层由铁素体和奥氏体双相组成,自界面处到顶端逐渐由单一粗大的柱状晶向尺寸约为5~8μm的致密细小的等轴晶过渡;在15%FeCl3溶液中静置24 h后,基材被腐蚀而熔覆层无明显变化;熔覆层的自腐蚀电位比基材高290 mV,仅比商用304不锈钢低70 mV,而3者之中熔覆层的自腐蚀电流密度最低。     

激光熔覆304不锈钢涂层的工艺及组织

采用预置粉末的方法,在45号钢表面激光熔覆304不锈钢涂层,通过调整各项工艺参数得到了表面平整光滑与基体结合紧密的熔覆层.分析和解释了不同扫描速度对熔覆层及热影响区截面尺寸的影响规律;研究了扫描速度对稀释率的影响.结果表明:当速度为800 mm/min时,稀释率出现极值11.1％,当扫描速度为600 mm/min和1000 mm/min时,稀释率接近于合理值10％;熔覆层由铁素体和奥氏体双相组成,自界面处到顶端逐渐由单一粗大的柱状晶向尺寸为5～8 μm的致密细小的等轴晶过渡;热影响区分为淬火区和正火区,分别由细小针状马氏休组织和细小的铁素体组成,基材由铁素体和珠光体组成.     

铁基材料表面激光熔覆不锈钢涂层的研究进展

激光熔覆技术作为推动国家制造业升级的重要绿色制造和再制造技术,在航空航天、海工交通、冶金机械等重点领域具有广阔的应用前景。激光制造用粉末材料是影响该技术应用和发展的关键因素之一,其中铁基合金材料具有成本低、力学性能好、应用范围广等优势,特别是不锈钢体系的铁基合金因其良好的力学性能和优异的耐蚀性能而逐渐成为研究关注的焦点。全面综述了国内外在铁基材料表面激光熔覆不锈钢涂层的相关研究进展。根据显微组织的不同,目前采用激光熔覆技术制备的不锈钢涂层的类型主要有:奥氏体型不锈钢、马氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢以及双相型不锈钢。重点综述了激光工艺参数(激光功率、扫描速度、熔覆方式等)、合金元素(Al、Ni、B、Mo等)、添加物(SiC、WC、VC、Cr3C2、Al2O3等陶瓷相)以及热处理(固溶处理、低温回火等)等因素对激光熔覆不锈钢涂层组织和性能的影响,主要包括对熔覆层的相组成、截面几何尺寸、稀释率、残余应力、力学性能、耐蚀性能等的影响规律及微观机制。同时,指出了目前在铁基材料表面激光熔覆不锈钢涂层领域中存在的主要问题及今后的发展方向。     

液压阻尼器活塞杆激光熔覆WC/Co06涂层耐磨耐腐蚀性能

目的 研究WC添加量对WC/Co06复合涂层耐磨耐腐蚀性能影响,以期应用到液压阻尼器活塞杆表面,增强活塞杆耐磨耐腐蚀性能。方法 采用同轴送粉式激光熔覆设备在液压阻尼器活塞杆用42Cr Mo钢表面制备不同WC含量(质量分数为5%、10%、15%、20%)的WC/Co06涂层,用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪及维氏硬度显微计,对4组不同WC含量的涂层进行质量检测。用滑动摩擦磨损试验机对涂层进行磨损性能测试。用盐雾腐蚀试验箱对涂层进行耐腐蚀测试。结果 熔覆层表面质量良好,稀释率为5%左右。熔覆层显微组织随WC含量的升高越来越致密,WC/Co06涂层生成多种硬质相,如Cr₂₃C₆、Cr₇C₃、WC及Fe₃W₃C等分布在γ-Co固溶体周围增强其硬度以及耐磨耐腐蚀能力。4组熔覆层中,20%WC含量的熔覆层硬度最高(810HV),是基体的(275HV)2.95倍。摩擦磨损及盐雾腐蚀试验后,熔覆涂层磨损量及腐蚀失重均明显降低,其中20%WC熔覆层的磨损量及腐蚀失重最低...     

CrNiMo不锈钢激光熔覆NiCrSiB涂层空蚀行为

应用激光熔覆法,采用镍基NiCrSiB合金粉末在CrNiMo不锈钢表面制作熔覆涂层。利用X射线衍射仪分析熔覆层的相组成;利用超声震荡空蚀实验机对熔覆层的空蚀行为进行研究;利用扫描电镜观察空蚀形貌。结果表明,所制得熔覆层组织均一、致密,与基体形成良好的冶金结合。抗空蚀能力提高到CrNiMo不锈钢基体的3倍。熔覆层抗空蚀能力增强的主要原因是熔覆层与基体良好的冶金结合、镍铬合金本身的良好性能和硼化物、硼碳化物等析出相的强化作用。     

激光熔覆镍基自润滑涂层的性能

在TC4钛合金表面激光熔覆Ni60/30%WS₂自润滑涂层,研究了不同扫描速度下熔覆层的组织及性能。结果表明,Ni60/30%WS₂激光熔覆层均以W为硬质相,Ti、Ni的固溶体为基体。但不同扫描速度下,熔覆层生成的润滑相不同。扫描速度4 mm/s时,TiS为润滑相;扫描速度12 mm/s时,CrS为润滑相。激光熔覆层硬度在1000~1200 HV0.5之间,较基体提高2倍左右,摩擦因数及磨损率较基体都明显降低。     

激光熔覆Ni-W-Si涂层的组织与性能

以Ni-W-Si合金粉末为原料,利用激光熔覆技术在45号钢表面上制备了复合涂层,使用SEM、XRD与EDS等方法对涂层的显微组织、相组成进行了分析,讨论了不同W含量对涂层室温干滑动摩擦条件下耐磨性的影响。结果表明,W、W5Si3、WSi2及(Fe,Ni)固溶体使涂层的显微硬度显著提高(最高达1 040 HV),随着W含量降低,涂层的硬度下降,磨损加快。     

原位回火对马氏体不锈钢激光熔覆涂层的影响

目的 提高马氏体不锈钢(MSS)激光熔覆涂层的综合性能。方法 利用光纤激光器在Q235钢基材表面,分别采用连续扫描、间断扫描(层间停留30 s)两种方式,制备420 MSS激光熔覆涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、万能材料试验机、维氏显微硬度计、电化学工作站等设备,对比表征了不同扫描方式下制备的涂层试样的显微组织、力学性能和耐蚀性能。结果 连续扫描试样的显微组织分布均匀,主要由马氏体(M)和少量残余奥氏体(Ar)组成,呈脆性断裂,其抗拉强度和断后延伸率分别为1368 MPa、3.91%。而间断扫描试样由于产生了原位回火效应,存在两类不同组织:一类是细小灰色组织,比例分数为89.8%,由回火马氏体(Mtmp)、弥散分布的D23C6颗粒(D为Fe、Cr等)和少量Ar组成;另一类是粗大亮白色组织,比例分数为10.2%,主要为未回火M(un-tempered M)。间断扫描试样的抗拉强度和断后延伸率分别为1694 MPa、12.46%,但显微硬度和耐蚀性略有下降。结论 原位回火处理可显著提高420 MSS激光熔覆涂层的强韧性。     

不锈钢表面激光熔覆层耐腐蚀研究

研究了在耐酸不锈钢基体上采用激光熔覆和等离子喷焊两种工艺形成的涂层对耐腐蚀性的影响。使用５ｋＷ横流ＣＯ２激光器对预置于基体上的Ｃｏ基自熔合金粉末进行单道或多道扫描。得到的熔层与等离子焊层对比,激光熔层缺陷率低,成品率高。其组织细密均匀,晶粒细小,成分稀释率更小,对其体热影响小,熔层硬度与强韧性更高。性能试验证明,激光熔层具有更高的耐腐蚀性能。     

激光功率对球阀表面激光熔覆Co基合金涂层稀释率及耐腐蚀性能的影响

采用CO2激光器在阀门材料316不锈钢表面激光熔覆了Co基合金涂层。借助扫描电镜、能谱仪和电化学综合测试仪等,探讨了激光功率对涂层稀释率、微观组织及耐腐蚀性能的影响。结果表明:激光功率越大,涂层稀释率越大,熔覆层与基体元素有较多的对流与扩散;熔覆层的耐腐蚀性能随激光功率的增加先提高后降低,当激光功率为2.1k W时,熔覆层的自腐蚀电位最低,为-0.8456 m V,当激光功率为1.8 k W时,熔覆层的腐蚀电流密度最小(3.4152×10-7A·cm-2)。     

激光熔覆AlCrCoMnNiFe合金涂层及性能研究

采用预置粉末法在45钢表面激光熔覆制备AlCrCoMnNiFe涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪,对涂层的组织、合金元素分布及物相组成进行分析。利用显微硬度计、摩擦磨损试验机、电化学工作站测试涂层硬度、耐磨性以及耐蚀性。结果表明,涂层表面成型质量较好,组织均匀致密,存在等轴晶和柱状晶两种形态,主要由γ、Al_(5.5)Cr_(1.9)Fe_(2.55)、(Ni,Co)_3Al_4、(Al,Fe)_4Cr和AlMnCo_2相组成。涂层的硬度最高可达780 HV0.2,硬度和耐磨性比基体提高2倍多。涂层的自腐蚀电位较基体提高3倍,自腐蚀电流密度较基体小,涂层耐蚀能力提高明显。     

激光熔覆Ni-Al2O3复合涂层的微观结构与耐腐蚀性能研究

目的 解决Cr-Ni系不锈钢在重腐蚀工业环境中本体耐腐蚀性能不足的问题。方法 采用激光熔覆技术制备Ni-Al2O3复合涂层,利用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪(EDS)和显微硬度计、电化学工作站等技术研究所制备涂层的微观结构、相组成和元素分布,分析Al2O3含量对复合涂层形貌、显微硬度和耐腐蚀性能的影响规律。结果 复合涂层组织均匀、无明显缺陷,与基体之间存在明显的冶金结合区,沿着该复合涂层深度方向的微观结构依次呈现为胞状晶、定向生长的柱状晶及细小的等轴晶,物相则由均匀分布于复合涂层顶部的Al2O3颗粒和金属间化合物(Fe-Ni、Fe-Ni-Cr固溶体)构成。随着Al2O3含量的增大,复合涂层的显微硬度呈先增大后减小的趋势,腐蚀电位呈先增大后减小的趋势,而失重腐蚀速率和腐蚀电流密度呈先减小后增大的趋势,涂层的耐腐蚀性能呈先增强后减弱的趋势。在Ni-x%Al2O3(x为0、0.15、0.25、0.35,质量分数)复合涂层中,Ni-25%Al2O3复合涂层具有较高的显微硬度和良好的耐腐蚀性能,该涂层的显微硬度达到1 026.3HV,腐蚀失重速率为0.15 mg/(cm².h),腐蚀电压和腐蚀电流密度分别为–326.6 mV和38.6 µA/cm²。当继续增加Al2O3的含量时,气孔和裂纹等缺陷开始增多,复合涂层的显微硬度和耐腐蚀性能均呈现下降趋势。研究表明,Ni-x%Al2O3(x≤25)复合涂层的显微硬度和耐腐蚀性能的变化由细晶强化、固溶强化和颗粒强化协同作用所致。结论 激光熔覆Ni-25%Al2O3复合涂层具有较高的硬度和良好的耐腐蚀性,可以有效防护Cr-Ni系不锈钢,提高重腐蚀工业环境下机械零件的耐蚀性和使役寿命。