轧辊表面激光重熔热障涂层抗热冲击性能研究

为了提高轧辊表面涂层的抗热冲击性能、延长其高温条件下的使用寿命,采用5kW CO2激光器,对轧辊表面等离子喷涂热障涂层进行了重熔处理。利用扫描电镜和能量色散谱仪,观察激光重熔涂层的涂层形貌和微观结构, 对分界面元素进行了微区成分分析。将试样在1000℃下保温10min后,放入常温(25℃)水中激冷,探究其抗热冲击性能,并与等离子喷涂涂层进行了对比。结果表明,经激光重熔后,涂层孔隙、裂纹明显减少,涂层质量明显提高;涂层与基体之间在一定程度上实现了冶金结合,结合强度明显提高;开始出现裂纹以及最终失效时的冲击循环次数由原来的14次和32次分别提高到43次和94次。该激光重熔工艺有助于提高涂层的热冲击性能,可延长轧辊的使用寿命。     

CeO2对B激光合金化层腐蚀性能的影响

本文采用电化学测试技术和扫描电镜观察,对加入CeO2和未加入CeO2的B激光合金化层进行了抗腐蚀性能研究.结果表明,由于CeO2的加入可以明显改善B激光合金化的耐蚀性.     

AZ91D镁合金Al-Si粉末激光合金化及腐蚀性能

采用Al-Si粉末对AZ91D镁合金进行了同步送粉激光合金化研究,以期改善镁合金的耐腐蚀性能.讨论了激光加工参数与合金化层几何尺寸的对应关系;采用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等材料表征手段分析了合金化层显微组织的结构特征.通过阳极极化实验评价了AZ91D镁合金激光合金化组织的腐蚀性能.结果表明,AZ91D镁合金激光合金化表层的耐腐蚀性能明显提高;剖析了Mg2Si,Al12Mg17,Al3Mg2等金属间化合物(IMC)的耐腐蚀作用.     

不锈钢表面激光合金化Cr-CrB2层的腐蚀性研究

为了提高SUS 304不锈钢表面的耐磨损、耐腐蚀性能,采用激光表面合金化的方法制备了Cr-CrB2层,并进行了理论分析和实验验证,取得了合金化层的组织和物相以及电化学腐蚀性数据。结果表明,合金化层组织致密、晶粒细小,与基体形成冶金结合,合金化层由奥氏体、马氏体、铁铬固溶体、碳化物和铬硼化合物组成;合金化层的耐蚀性得到提高,腐蚀速率降低,合金化层的极化曲线具有较长的活化-钝化区间;不锈钢基体发生严重的晶界腐蚀和点蚀,晶界腐蚀以孪晶晶界腐蚀为主,合金化层表面发生晶粒间的晶界腐蚀,伴有晶粒和晶界处的点蚀现象,点蚀坑明显小于基体表面的点蚀坑。这一结果对提高SUS 304不锈钢表面的耐磨损、耐腐蚀性是有帮助的。     

带热障涂层高温合金材料飞秒激光制孔工艺试验研究

随着带热障涂层高温合金的广泛应用,对飞秒激光制孔的工艺也提出了更高的挑战,本文通过研究飞秒激光与氧化锆陶瓷的相互作用原理,计算出了当单脉冲能量约为80 μJ时,焦点内的材料可以被完全去除,并通过实验进行了验证。通过大量的优化实验,提出了针对带涂层高温合金的分段制孔法,总结出了最优的工艺参数,可用于任意角度制孔,所获得的微孔涂层表面质量完好,过渡段无裂纹,孔壁质量良好。     

基于选择性激光改性的双陶瓷层热障涂层界面增韧方法

该研究通过大气等离子喷涂法制备了粘接层为NiCoCrAlYTa合金、陶瓷层为YSZ和La₂Ce₂O₇（LC）的双陶瓷层热障涂层（DCL-TBCs）,并提出了一种采用脉冲Nd:YAG激光的新型桩钉结构激光改性方法。结果表明,激光改性后,双陶瓷层热障涂层的表面粗糙度较喷涂前有明显提高;在激光改性的桩钉结构单元中可以发现陶瓷层的完全再结晶,以及致密的柱状微结构;由于激光改性构建的桩钉结构使得整个LC层和部分YSZ层产生了再熔化与再溶解,极大地提高了界面结合性能和结合强度,因此激光改性后的双陶瓷层热障涂层比常规的双陶瓷层热障涂层具有更好的抗脱粘性能。     

热障涂层脱粘缺陷脉冲压缩激光红外热成像检测

针对热障涂层热导率低,激光红外热成像检测效果不佳等问题,本文提出了一种基于脉冲压缩的增强型激光红外热成像方法用于热障涂层系统脱粘缺陷的检测。该方法利用频率或周期调制脉冲串激光热源,再通过信号处理将接收到的时域信号压缩成有效峰值高的窄脉冲信号,从而有效增强检测信号的信噪比。首先,建立热障涂层多层结构脉冲压缩激光红外检测有限元数值计算模型,模拟了周期调制脉冲串激光激励下结构内部热流的传播过程以及内部缺陷对温度场分布的影响,研究了不同激励参数对于温度场分布的影响。模拟结果表明,单调递减型且热激励时间为2s左右的脉冲激励形式能获得最佳的检测效果。其次,通过脉冲压缩技术对数据信号进行后处理,得到了更能反映缺陷信息的温度场分布图。最后,通过实验验证了基于脉冲压缩的增强型激光红外热成像方法对热障涂层脱粘缺陷检测的有效性,实验结果表明,该方法在一定程度上提高了缺陷检测的灵敏度与信噪比。     

激光合金化Si3N4/石墨复合涂层及其摩擦学性能研究

在 4 5钢表面激光合金化Si3 N4/石墨复合涂层 ,对合金化层的微观组织结构、显微硬度、元素含量和分布、摩擦磨损性能等进行了分析和实验研究 ,并据此对预涂层材料组成、配比和激光合金化工艺参数进行了优化。结果表明 :激光合金化Si3 N4/石墨复合材料能够获得组织均匀细密、硬度显著提高的合金化层。并且在干摩擦条件下 ,减小了金属表面的摩擦系数 ,提高了耐磨性和抗粘着的能力 ,整个摩擦过程也很稳定     

激光制备带热障涂层高温合金微孔工艺研究

高温合金多用作涡轮机等热端部件的材料,为降低部件工作温度通常需要在机体上制备大量的冷却微孔。激光加工技术适用性广,尤其能加工高硬度、高熔点材料,对于高温合金的微孔加工有独特优势。本文介绍了冷却微孔的实际应用,详细介绍了激光制备带热涂层高温合金的研究进展。分析并讨论了激光制孔热障涂层工艺的优势与不足,包括飞秒激光制备热障涂层高温合金,皮秒纳秒和毫秒激光器制备带热涂层高温合金等,最后总结了激光加工热障涂层微孔技术的问题与发展趋势。     

热障涂层厚度激光透射法红外热波检测技术研究

在传热学的基础上建立涂层试样的一维热传导模型,确立了涂层厚度与表面温度差值-帧数直线的斜率、截距以及涂层热扩散率之间的定量关系。以不同厚度的热障涂层试样为例,采用新型脉冲激光透射法激励,对热像仪采集到的不同激励功率下涂层表面温度差值-帧数曲线线性拟合,求得拟合直线的斜率和截距值,最后计算得到热障涂层厚度值,结果表明:激光透射法红外热波检测技术能很好地应用于热障涂层厚度的快速、精确、非接触检测。     

热障涂层材料及其制备技术的研究进展

热障涂层能够增加高温合金的工作温度和使用寿命,被广泛用于航空发动机高温端部件的表面防护领域。对国内外热障涂层材料及其制备技术进行了综述,指出其存在的主要问题,并提出激光-感应复合熔覆梯度功能热障涂层的新方法,即在感应预热基材的同时实现与激光热源的复合,形成激光-感应复合熔覆热源,结合涂层的梯度结构设计,在高效率下获得无裂纹、高性能的热障涂层。     

矩形光束激光重熔等离子喷涂热障涂层热震试验研究

在GH536高温合金基材上等离子喷涂NiCrA1Y/8wt.%Y2O3-ZrO2热障涂层后,采用积分化矩形光斑进行激光重熔。组织结构分析及热震试验结果表明：等离子喷涂与激光重熔试样的失效形式和机理不同,等离子喷涂试样以热震应力失效和热震应力复合TGO应力辅助作用两种形式失效。激光重熔试样以热震应力形式失效为主。能量密度较小的激光重熔试样具有高于等离子喷涂试样的热震寿命。网状裂纹及柱状晶粗化和扩展到喷涂态陶瓷层中的裂纹是激光重熔试样热震寿命降低的主要原因。     

飞秒激光加工气膜孔的热障涂层表面残余应力研究

针对飞秒激光打孔后孔周热障涂层残余应力演化问题,采用cosα法对不同飞秒激光工艺制备的气膜冷却孔周围残余应力进行步进式逐点测量,结果表明,喷涂态热障涂层和激光打孔后气膜孔周围的涂层表面应力皆是以淬火应力主导的残余拉应力;不同飞秒激光加工工艺、不同的孔尺寸下,气膜孔周围都存在一个明显的径向残余应力影响区,且在该影响区内残余应力呈线性递减;由于飞秒激光热效应形成的飞溅物的影响,不同工艺制备的气膜孔周围径向残余应力场无明显差别,改变气膜孔直径无法改善这种热效应。     

激光重熔工艺参数对热障涂层热震性能的影响

在GH536高温合金基材上等离子喷涂氧化钇部分稳定氧化锆(8YSZ)热障涂层后,采用连续CO2激光进行表面陶瓷层激光重熔,得到了表面形貌、组织结构符合质量要求的涂层。热震试验结果表明,在本试验的失效判据下,等离子喷涂及激光重熔试样的失效形式和机理不同,等离子喷涂试样为热震应力失效,激光重熔试样以热震应力和TGO应力共同作用形式失效。激光能量密度为4.0J/mm2时,激光重熔试样具有略高于等离子喷涂试样的热震寿命,当激光能量密度较高时,激光能量分布不均导致的组织及结构的不均匀,柱状晶粗化是能量密度较高的表征,扩展到喷涂态陶瓷层中的裂纹是激光重熔试样热震寿命降低的主要原因。     

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.     

6061铝合金表面激光合金化Al-Fe-Mn-Zn-Si合金涂层的组织与性能研究

采用激光合金化工艺在6061铝合金表面制备Al-Fe-Mn-Zn-Si合金化层,以期望提高铝合金表面性能。用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子显微硬度计、HSR-2M磨损试验机等材料表征手段分析了合金化层的组织结构与性能,研究结果表明:合金化层的晶相组织由结合区附近的柱状晶向表面的等轴晶过渡,且晶粒大小较基体明显细化,含有金属间化合物AlFe4Si、Al9Si、Mn5Si2以及面心立方的α-Al;激光合金化使铝合金表面硬度由104HV左右提高到了390HV左右;磨损试验结果表明,合金化层提高了铝合金表面的耐磨性。     

激光重熔和激光修饰对8%Y2O3-ZrO2热障涂层抗氧化性能的影响

实验对大气等离子喷涂方法制备的氧化钇部分稳定氧化锆(Yttria partially stabilized zirconium,YPSZ)热障涂层的表面进行激光重熔和激光修饰处理,着重考察了在两种不同激光能量条件下,YPSZ陶瓷表层的显微结构和热障涂层系统的高温氧化行为。结果显示,激光处理使得原本相对粗糙的表面变得光滑致密,陶瓷层裂纹数量减少:激光重熔的样品出现网状裂纹,并从表面纵深至陶瓷层底部;激光修饰一定程度上保持了初始样品的层状组织。在恒温氧化过程中,经过激光处理的样品热生长氧化层(Thermally Grown Oxide,TGO)变得连续而致密。循环氧化增重的结果表明,激光处理使得样品氧化增重减少,而其中激光修饰的样品表现出更佳的抗氧化性能。     

氮化硅/石墨激光合金化涂层的组织结构与性能研究

为获得金属表面特别是高副接触金属表面含自润滑特性且具有高硬度耐磨特性的功能材料 ,研究了 45 # 钢表面激光合金化氮化硅 /石墨复合涂层的工艺方法、组织特征、界面形态及其形成机制 ,利用光学显微镜、扫描电镜和X射线能谱对所形成合金化层的元素分布和含量进行了分析 ,并对试样硬度进行了测定。结果表明 ,合金化层中元素Fe ,Co ,Si,C分布均匀 ;C含量达到了 15 6 9%,大部分以石墨的形式存在 ,具有一定的自润滑性能 ;但在形成合金化层的温度条件下 ,氮化硅分解严重 ;合金化层硬度提高的主要原因是Si Fe ,Co Fe固溶体的强化作用及高碳马氏体的生成和高硬度碳化物的存在。     

TiAl合金表面激光重熔纳米陶瓷涂层热腐蚀性能

为了进一步提高TiAl合金的耐热腐蚀性能,分别采用等离子喷涂和等离子喷涂-激光重熔复合工艺在TiAl合金表面制备了纳米A12O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷涂层.研究了两种涂层在850'C下75%Na2SO4+25%NaCl(质量分数)熔融盐中的热腐蚀行为,用扫描电子显微镜(SEM)和x射线衍射仪(XRD)对腐蚀后试样的微观组织以及物相进行了分析,并讨论了激光重熔处理对涂层耐热腐蚀性能的影响.结果表明,等离子喷涂陶瓷涂层的腐蚀情况较为严重,经过激光重熔后可以有效提高其耐热腐蚀性能.激光重熔试样具有较高抗热腐蚀性能的原因是:一方面激光重熔消除了喷涂层的层状结构和大部分孔隙,形成了均匀致密的重熔层,减少了热腐蚀过程中的腐蚀扩散通道;另一方面归因于激光重熔使亚稳相γ-Al2O3转变为稳定相α-Al2O3.     

Si含量对激光合金化TiC/CrxCy陶瓷涂层组织性能影响的研究

实验涂层材料以亚微米级TiC和CrxCy为强化硬质相,Fe-Cr合金为其基础粘结相,并加入特定含量的Si元素,运用激光合金化技术,在球墨铸铁表面制备出高硬度的合金化层.利用XRD、SEM、EDS等分析不同Si含量激光合金化层的相组成及显微组织,并测试其维氏硬度.结果表明:激光合金化层表面平整,并与基体实现了良好的冶金结合,形成以莱氏体与马氏体为主的显微组织;随着硅含量的提高,相和组织发生了一定变化,合金化层硬度也随之提高.