激光熔化沉积TiC/CaF2/Inconel 718复合材料的组织及高温摩擦磨损性能

采用激光熔化沉积技术制备了TiC/CaF2/Inconel 718高温合金基高温耐磨自润滑复合材料,对其显微组织、显微硬度及高温干滑动摩擦磨损性能进行了研究,探讨了其高温磨损机理。结果表明:复合材料的显微组织由TiC、CaF2、Cr7C3、γ″-Ni3Nb和γ-(Ni,Fe)构成,原位自生TiC初生相和细小CaF2/TiC共晶弥散分布在被Cr7C3和γ″-Ni3Nb等超细高温相强化的γ-(Ni,Fe)固溶体基体上;复合材料的平均显微硬度为820 HV;与激光熔化沉积Inconel 718对比样相比,复合材料具有良好的高温耐磨性及低且稳定的摩擦因数,复合材料优异的高温摩擦磨损性能源自于其合理的显微组织结构。     

TiC添加量对激光增材制造MC碳化物增强Inconel625复合材料组织及性能的影响

利用激光增材制造技术制备了MC碳化物增强Inconel625复合材料,研究了TiC添加量对复合材料显微组织、显微硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明,添加TiC的复合材料的显微组织由枝晶状γ基体与枝晶间呈弥散分布的增强体组成。随着TiC添加量的增大,复合材料中一次枝晶间距逐渐减小,而枝晶间碳化物含量和显微硬度逐渐增大,抗磨损性能比Inconel625合金提高80%以上。当TiC的质量分数为1%时,复合材料的屈服强度和抗拉强度比Inconel625合金分别提高了21.9%和27.5%,但延伸率减小。     

WC含量对激光熔覆FeCoNiCr高熵合金涂层组织结构及性能的影响规律研究

激光熔覆高熵合金涂层已成为表面工程领域的研究热点之一，本文系统研究了不同含量WC(WC质量分数为10%～60%)对激光熔覆Fe Co Ni Cr高熵合金涂层组织结构以及耐磨性、耐蚀性的影响规律。添加10%～60%WC颗粒制备的高熵合金复合涂层的成形质量均较好，未出现裂纹等缺陷。随着添加WC颗粒的质量分数由10%增加到60%，涂层由FCC单相结构向FCC、WC、W₂C和Co₄W₂C等多相转变，显微组织由顶部等轴晶、底部柱状晶向树枝晶转变，块状和鱼骨状含碳相析出且其含量逐渐增加；添加60%WC颗粒后含碳析出相的面积占比可达64.18%。涂层横截面的平均显微硬度和耐磨性随着WC添加量的增加而显著提升，添加60%WC的高熵合金涂层的显微硬度最高(为501 HV0.2)且耐磨性最佳(摩擦因数为0.472)，相对于未添加WC颗粒的高熵合金涂层的显微硬度(175 HV0.2)提升了约186%且耐磨性提高了233%。另外，随着WC颗粒的加入，具有较高耐蚀的面心立方相减少，同时WC在电化学过程中与黏结相形成了原电池。因此，高熵合金复合涂层...     

K418合金叶片激光再制造Inconel718覆层匹配与强化

为了解决K418合金叶片再制造熔覆层易开裂、结合界面处力学性能较差等难题，采用具有输入可调控、热输入可控制以及降低熔池及热影响区温度等优势的脉冲激光，得出在工艺参量为激光功率2.5kW、送粉速率37.5g/min、扫描速率8mm/s，载气气流3L/min下，K418基体与Inconel718熔覆层之间能够形成良好的冶金结合。结果表明，熔覆层显微组织依次由界面处平面晶、底部胞状晶、中部树枝晶及顶部等轴晶组成；经过对比优化下的工艺参量，获得了成形质量良好且无明显裂纹、气孔等缺陷的Inconel718熔覆层；通过基体与覆层的硬度测试，覆层整体硬度值在300HV左右且分布较为均匀，基体平均硬度在400HV以上、结合界面处硬度值为460.46HV，相对于基体提升了12%；物相形分析表明，Inconel718熔覆层与基体K418性能匹配较好，激光再制造凝固成形时经历了L→γ→(γ+MC)→(γ+laves)的凝固过程，脉冲激光的热输入对基体K418合金热影响区完成了γ′相的固溶再析出过程，界面处沿晶界析出少量的二次析出相laves相和MC相对熔覆层及界面处晶界起到钉扎晶界、阻碍滑移的强化作用。试验相关工艺及参量为K418叶片激光再制造提供了借鉴和分析。     

TiN含量对激光选区熔化成形钛基复合材料微结构与耐磨性能的影响

采用激光选区熔化技术成功制备了TiN增强钛基复合材料,并研究了TiN含量对钛基复合材料微观结构、显微硬度和摩擦磨损行为的影响。结果表明:随着TiN含量的增加,α-Ti相衍射峰发生偏移,TiN衍射峰强度逐渐增强,复合材料的显微硬度从纯钛的(228±13) HV逐渐增大到(403±20) HV;当添加TiN的质量分数为7.5%时,复合材料的磨损性能比纯钛提高了29.2%。TiN颗粒的加入使钛基复合材料的硬度与磨损性能显著提升。     

γ-TiAl合金Ni-Cr-C-CaF2复合材料激光熔覆

以Ni-Cr-C-CaF2复合合金粉末为原料,采用激光熔覆技术,在γ-TiAl合金基体表面制备出高温自润滑耐磨复合材料涂层.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等手段对所制备复合材料涂层的显微组织进行了分析.结果表明,该复合材料涂层由初生的短棒状或树枝状TiC和次生的块状Al4C3碳化物增强相以及细小、弥散、球状分布的CaF2固体润滑颗粒均匀分布在塑韧性良好的NiCrAlTi(γ)固溶体基体中,其平均显微硬度约为HV 650,是基体TiAl合金的2倍.     

激光熔覆CoCrFeMnNiTix高熵合金涂层的微观组织及性能研究

利用激光熔覆技术在45钢表面制备了CoCrFeMnNiTi_x（x为Ti的摩尔比,x=0.25,0.50,0.75,1.00）高熵合金涂层。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、维氏硬度计、电化学工作站和摩擦磨损试验机等分析了Ti元素对CoCrFeMnNiTi_x高熵合金涂层微观组织和性能的影响。结果表明CoCrFeMnNiTi_x高熵合金涂层微观组织是由面心立方（FCC）固溶体相和TiC颗粒相组成的枝晶组织。随着Ti元素增加,TiC颗粒在晶内析出并逐渐增多,在Ti原子固溶引起的晶格畸变和TiC析出的共同影响下,晶格常数先增大后减小。Ti元素的添加引起了涂层的固溶强化和第二相强化,高熵合金涂层的显微硬度逐渐增高至364.5 HV0.3。掺杂Ti元素使高熵合金涂层的腐蚀机制由点蚀转变为晶间腐蚀,随着Ti元素含量增加,涂层活化阶段的晶间腐蚀加剧。涂层的磨损机制随Ti元素的增加由黏着磨损向氧化磨损与磨粒磨损转化,CoCrFeMnNiTi_0.25涂层具有最好的耐蚀性能和耐磨性...     

镍基合金表面激光熔覆MoSiNi-SiC复合涂层的组织与性能

利用激光熔覆技术在镍基合金表面制备了SiC增韧增强的硅化钼复合涂层，研究SiC含量对涂层的裂纹与气孔的形成、组织结构特征、物相组成及硬度、高温摩擦磨损和高温抗氧化性能的影响。结果表明，随着混合粉末中SiC含量的增加，涂层的显微硬度值逐渐增大，高温摩擦磨损性能和高温氧化性能增强，但过高的SiC加入量会使熔覆层的气孔和裂纹倾向明显增大。在SiC含量最高为15%时，涂层无明显成形缺陷，熔覆层组织主要由γ-Ni、Mo₂Ni₃Si、MoSi₂及SiC等相组成，显微硬度值可达814 HV,是基体的5.4倍。     

钛合金表面激光熔覆NiCrBSi(Ti)-TiC涂层

在TC4合金表面进行了激光熔覆NiCrBSi-TiC,Ti-TiC金属陶瓷复合涂层的试验,对涂层的组织和显微硬度进行了分析和测试。结果表明,NiCrBSi-TiC涂层的组织是在初晶γ-Ni和γ-Ni,Ni3B,M23(CB)6,CrB多元共晶的基底上均匀地分布着TiC颗粒,在激光熔覆过程中TiC颗粒只是边缘发生了溶解或熔化;在Ti-TiC涂层中,TiC颗粒全部溶解或熔化,冷却时以枝晶形式重新析出。NiCrBSi-TiC涂层的显微硬度(HV900～1100)明显高于Ti-TiC的涂层的显微硬度(HV500～700)。     

Ni-Al掺杂WC粉末激光燃烧合成复合材料组织性能研究

采用高能束激光诱发自蔓延原位自生反应合成金属陶瓷颗粒增强复合材料的方法,通过对掺杂不同含量WC粉末的Ni-Al粉末压坯进行激光点燃自蔓延烧结,制备硬质颗粒增强NiAl基复合材料。得到了烧结合金的XRD、OM、显微硬度、摩擦磨损测试等结果。结果表明:未添加WC粉末时,烧结合金物相有Ni3Al,NiAl,Al2O3相,当加入WC时,新添了WC以及Ni4W和WO3相;加入WC后组织晶粒更加均匀、细化,呈细小的胞状;当WC粉末质量分数为1%时,相对密度最大为6.864g/cm3,孔隙率最低为0.189%;WC的添加能增加材料的力学性能,且当添加量为1%时,硬度最高为687.3HV,其磨损率最低为0.309mg/mm2。     

GNPs含量对激光选区熔化成形GNPs/AlSi10Mg复合材料组织及强化机理的影响

激光选区熔化技术相比传统材料加工技术具有成形速度快且能够成形复杂零件的优势。采用球磨法制备了GNPs/AlSi10Mg复合粉末，采用激光选区熔化技术成形了石墨烯纳米片（GNPs）含量不同的GNPs/AlSi10Mg复合材料，GNPs的质量分数分别为0、0.1%、0.3%、0.5%。研究了不同GNPs含量对复合材料微观组织和力学性能的影响，揭示了GNPs强化AlSi10Mg的机理。结果表明：激光选区熔化成形的AlSi10Mg合金的择优取向为〈100〉；GNPs的添加不会改变GNPs/AlSi10Mg复合材料的择优取向，但会降低复合材料中大角度晶界的比例。不同含量的GNPs/AlSi10Mg复合材料的相组成均为α-Al相和共晶硅相；随着GNPs含量增加，复合材料的硬度呈增大趋势，最大为168 HV；随着GNPs含量增加，缺陷增加，复合材料的极限抗拉强度、屈服强度和延伸率由0.1%GNPs/AlSi10Mg的（417±4）MPa、（254±5）MPa和（8.4±0.14）%降低到0.5%GNPs/AlSi10Mg的（224±6）MPa、（150±3） MPa和（4.0±0.45）%；激光选区...     

热处理对激光选区熔化IN718合金室温低周疲劳性能的影响

Inconel 718高温合金被广泛用于制造航天发动机等的热端零部件，提高其疲劳性能对于零部件的长期稳定服役意义重大。研究了不同热处理制度对激光选区熔化成形Inconel 718合金微观组织、相分布及疲劳性能的影响。采用电镜和电子背散射衍射仪分析了热处理试样的断口形貌、断口纵剖面应力分布及微观特征，详细阐述了热处理合金的低周疲劳断裂机理。结果表明：相较于成形态，热处理合金内部析出了δ相和γ″、γ′强化相，内部应力得以释放，疲劳性能显著提升。经过均匀化+固溶+双时效热处理后，Inconel 718合金的疲劳循环周次能够达到31990次。基于Orowan强化机制，晶粒内弥散分布的γ″、γ′强化相以及晶界上析出的δ相会阻碍位错滑移，从而延缓基体中微裂纹的扩展，增加疲劳过程中的循环周次。本次试验采用的热处理制度为激光选区熔化成形Inconel 718零部件提供了参考。     

激光熔化沉积Ti60合金和TiC_P/Ti60复合材料的显微组织及高温拉伸性能

通过激光熔化沉积工艺制备出Ti60合金和TiCP(质量分数为5%)/Ti60复合材料薄壁材料,分析了两种材料的显微组织及600℃下的高温拉伸性能。结果表明,激光熔化沉积Ti60合金具有典型的魏氏组织特征,在亚晶界处和α/β界面处存在球形富钕稀土相;TiCP/Ti60复合材料中存在少量未完全熔化的TiC颗粒,熔化析出的TiC相呈断续链状,均匀分布于基体中,TiC与钛合金基体的界面结合良好。在600℃下,TiCP/Ti60复合材料的拉伸强度比Ti60合金提高了65 MPa,而延伸率明显降低。Ti60合金在高温下发生韧性断裂,而TiCP/Ti60复合材料的断口特征比较复杂,既有沿晶断裂和准解理断裂也有局部的韧性断裂。     

亚微米TiC/B_4C颗粒对激光熔覆Stellite涂层组织及性能影响

通过激光熔覆在304不锈钢表面制备了Stellite 12涂层,研究了添加不同质量分数的Ti/B_4C对Stellite 12涂层组织及性能的影响,分析了涂层组织的生长,测试了涂层的显微硬度及耐磨性能。研究结果表明,Stellite 12涂层主要由面心立方的γ-Co与Cr_7C_3相组成。随着Ti/B_4C的添加,涂层原位合成了TiC亚微米颗粒相。残存的B_4C作为异质形核点,形成了亚微米结构TiC/B_4C强化相,且颗粒尺寸逐渐减小。TiC/B_4C颗粒对涂层晶粒有细化作用。涂层显微硬度随着添加Ti/B_4C的质量分数的增加逐渐增大,最高为624 HV。涂层耐磨性能随添加的Ti/B_4C质量分数的增加逐渐增强。     

送粉法激光熔覆制备TiC颗粒强化Ni基合金复合涂层的研究

利用 3kW连续波快速轴流CO2 激光器和送粉式激光熔覆技术在碳钢表面进行了制备原位自生TiC颗粒强化Ni基合金复合涂层的研究。实验结果表明 :涂层以外延生长的方式生长 ,与基体呈良好的冶金结合 ,涂层宏观质量完好 ,无裂纹。涂层组织由γ -奥氏体枝晶、CrB、Ni3 B、M2 3 C6和TiC组成。从熔覆层底部到顶部显微硬度逐渐增大 ,最大可达HV0 .2 1 2 0 0 ,是基材显微硬度的 5倍     

304L不锈钢的激光粉末床熔融原位合金化

采用Fe、Cr和Ni单质元素混合粉末作为LPBF原材料，以原位合金化的方式制备304L不锈钢，研究了工艺参数对试样密度、微观组织、成分均匀性、相结构和显微硬度的影响，并将其与预合金粉末LPBF试样进行了对比。结果表明：原位合金化试样的致密度最高可达99.05%；随着激光能量密度增加，试样的成分均匀性逐渐提高，物相结构从面心立方+体心立方（FCC+BCC）转变为FCC；当激光能量密度为242 J/mm3(P=290 W,v=500 mm/s)时，能谱分析结果显示原位合金化试样成分均匀，显微硬度为224 HV，微观形貌与预合金粉末LPBF试样一致；当激光能量密度较低时，原位合金化试样内部的多相结构以及异质形核产生的细晶结构能有效提高其硬度，硬度最高可达302 HV，较预合金LPBF试样提高了26.4%。     

Inconel 625激光合金化层组织、性能与耐磨性研究

采用预制涂层激光合金化法 ,在镍基高温合金Inconel 6 2 5表面预置WC -TiC粉末涂料 ,在增碳、锆条件下可获得成形好、无裂纹、与基材形成冶金结合的合金化层。合金化层组织特点是在γ -Ni枝晶内和枝晶间均匀分布大量从液态析出的复合碳化物。电子探针微区分析表明 ,在γ -Ni枝晶内析出富Ti、Nb、Zr、W、Mo的颗粒状复合碳化物 ,颗粒尺寸 1～ 2 μm ,颗粒数达 10 4个 /mm2 量级 ;在γ -Ni枝晶间析出富W、Mo、Cr的形态复杂的条、块状复合碳化物。合金化层显微硬度约为HV0 .2 4 0 0 ,比Inconel 6 2 5合金硬度HV0 .2 2 5 0提高了 6 0 %。环块磨损试验发现 ,上试样为GCr15标准环时 ,激光合金化层耐磨性是Inconel6 2 5合金的 4 .1倍 ,摩擦系数降低 16 % ,耐磨性与钢表层氮化处理试样相当。上试样为渗碳淬火钢环时 ,激光合金化层耐磨性是钢氮化处理试块的 5 .7倍。研究表明 ,镍基高温合金Inconel 6 2 5表面激光合金化制备原位自生复合碳化物颗粒为增强相的激光合金化层具有很好的工艺重现性。     

激光沉积修复DD5合金的枝晶外延生长控制与显微组织特征

采用DZ125高温合金粉末对DD5合金进行激光沉积修复，通过正交试验的方法，研究了激光功率、扫描速度和送粉量对单道单层沉积区枝晶外延生长的影响，实现了沉积区枝晶外延生长的控制。在此基础上，进行单道多层沉积修复试验，分析测量了单道多层沉积区的显微组织和硬度。结果表明：较低的热输入量和送粉量可显著提高沉积区枝晶外延占比；当激光功率为420 W、扫描速度为6 mm/s、送粉量为1.5 g/min时，单道单层沉积区枝晶外延占比约为100%。单道多层沉积区中下部为平面晶、沿沉积方向外延生长的柱状晶，顶部为等轴晶；沉积区γ′相不均匀地分布在γ相中，枝晶间区域的γ′相尺寸大于枝晶干区域的γ′相尺寸；沉积区底部短棒状MC碳化物沿枝晶间分布，且Ta元素含量较高；沉积区顶部的小块状以及八面体状MC碳化物随机分布。DD5合金基体平均显微硬度为425 HV0.5，沉积区平均显微硬度略高于基体，为449 HV0.5；与沉积区中部相比，沉积区底部和顶部的显微硬度略高，沉积区底部显微硬度最高。     

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。     

δ时效处理对激光增材修复Inconel 718合金组织与性能的影响

采用激光增材修复技术和Inconel 718球形粉末对预制凹槽的Inconel 718合金进行逐层修复,然后在800℃下进行不同时间(4,8,16,32 h)的δ时效处理,研究了时效时间对修复层组织和性能的影响。结果表明:随着时效时间延长,修复层中的Laves相和强化相γ″相逐渐消失,而δ相通过切变的方式在γ″相密排面层错的基础上形核并长大。修复区中的δ相在残余Laves相周围呈细针状析出,并随着时效时间的延长而变大;而母材中的δ相优先在晶界处形核长大,最终在晶粒内以平行式生长。虽然时效处理能够有效提高修复区及母材的显微硬度及抗拉强度,但随着时效时间的持续增加,硬度及力学性能均呈现下降的趋势;修复区及母材的显微硬度在时效4 h时分别达到最高值361 HV和465 HV,之后随着时效时间的延长而逐渐下降;不同时效处理后的修复件的拉伸断裂部位均位于修复区,断口整齐,呈典型的脆性断裂。