激光熔覆WC/Ni基硬质合金组织结构及耐磨性能研究

为了激光熔覆制造高速线材硬质合金辊环,在Cr12基体上制备WC-Ni基超硬复合材料.用TRUMPF 6000 CO2激光设备,采用同步送粉的方式,进行超硬复合材料的激光熔覆制备,获得与基体冶金结合且无气孔和裂纹等缺陷的熔覆层.使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)对激光熔覆层进行组织、成分及物相表征.由研究结果可知,激光熔覆层组织主要是γ-Ni、WC、wzC、Ni3B、CrB2等物相组成.激光熔覆WC-Ni基硬质合金为粉末冶金制备的硬质合金磨损性能的0.769倍.从与对磨偶件GCr15圆环的摩擦系数来看,激光熔覆试样的摩擦系数与高质量粉末冶金硬质合金数值相当.     

熔覆工艺对Ni60A激光熔覆层微观组织的影响

采用SEM、TEM和EDAX等方法研究了熔覆工艺对Ni60A激光熔覆层微观组织的影响.熔覆层由胞枝状γ-Ni基固溶体、树枝状M7C3、颗粒状CrB、Ni+M23C6及Ni+Ni3B共晶组织组成,结合区由具有定向快速凝固组织特征的胞状共晶组织组成,结合区底部的熔合带是由γ-(Fe,Ni)固溶体形成的平面晶.相同工艺参数的搭接熔覆使涂层的稀释度增大,在保证涂层与基体形成良好冶金结合的前提下,适当增大扫描速度或降低功率密度有利于涂层组织的细化,减小基体对涂层的稀释.     

钛合金表面激光熔覆涂层的耐磨性能

为了提高钛合金的表面耐磨性能,采用MXP-2000型销盘式摩擦磨损实验机,以镍包石墨粉末为原材料,利用CO2激光器在TC4合金表面上熔覆耐磨涂层,进行钛合金及激光熔覆涂层的干摩擦磨损实验,并用扫描电镜对磨损表面进行观察和分析。实验结果表明,激光熔覆涂层的摩擦系数为0.56,与钛合金的摩擦系数基本相同,但激光熔覆涂层的磨损失重量比钛合金低接近一个数量级,说明激光熔覆涂层可以大大提高钛合金的表面耐磨性能。TC4合金的磨损机制以粘着磨损为主,激光熔覆涂层的磨损机制以磨粒磨损为主,涂层的高硬度加上涂层里的TiC增强相是其耐磨性高的主要原因。     

激光熔覆工艺参数对熔覆层组织的影响

采用激光熔覆技术在铸钢表面上形成了陶瓷颗粒增强的铁基复合熔覆层,研究了激光熔覆过程中工艺参数对熔覆层显微组织的影响,用X射线衍射、扫描电镜和光学显微镜对熔覆层微观组织的特征进行了观察和分析.结果表明:激光熔覆后的复合层与基材之间形成了良好的冶金结合,熔覆层的组织由马氏体α-Fe和碳氮化钛Ti(C、N)颗粒组成.在其他工...     

激光熔覆Co基高温合金涂层的显微组织与耐磨性能研究

采用激光熔覆技术在304L不锈钢基体表面制备了Co基高温合金涂层,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析和X射线衍射分析了涂层的显微组织、物相组成以及磨损表面形貌,测试了涂层的室温滑动摩擦磨损性能.结果表明:激光熔覆Co基合金涂层从底部到表层依次为“胞状晶-粗大枝晶-细小树枝晶”组织,主要由γ-Co固溶体、Fe2Mo相及Co7Mo6相组成,涂层平均硬度约为630 HV,是304L不锈钢基体的3倍,室温摩擦磨损性能是304L不锈钢基体的1～1.5倍.由于难溶元素Mo的固溶强化及Fe2Mo及Co7Mo6硬质相的弥散强化使涂层具有较好的耐磨性能.     

碳纳米管含量对激光熔覆镍基复合涂层组织与性能的影响

针对Ni60A/WC复合涂层硬质相分布不均、减摩性能不足等问题,利用碳纳米管（CNTs）的高熔点和优良的自润滑性能,采用激光熔覆技术在45钢基体表面制备了添加不同含量CNTs的镍基耐磨涂层。通过扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪（XRD）分析了涂层的显微组织、元素组成和相组成。通过显微硬度计和摩擦磨损试验机测试了涂层的硬度和耐磨性能。XRD图谱表明:熔覆层主要由Ni-Cr-Fe固溶体和WC、W₂C、Cr₃C₂、Cr₇C₃、Cr₂₃C₆、B₄C等硬质相组成。显微组织结果表明:CNTs的添加促进了异质形核,有利于硬质相均匀分布,明显细化了熔覆层的显微组织。由于CNTs具有细化晶粒以及提升自润滑性能的作用,适量添加CNTs可提升熔覆层的显微硬度和耐磨性能。当CNTs的质量分数为0.5%时,熔覆层的显微硬度为1100 HV,摩擦系数为0.3,磨损体积为1.24×10^-4 mm³     

宽带激光熔覆铁基涂层工艺参数及性能研究北大核心CSCD

27SiMn钢液压支架在恶劣的工作条件下长期使用后,其表面容易形成腐蚀,磨损和疲劳损坏等缺陷。为提升其使用寿命,本文利用宽带激光熔覆技术在27SiMn钢表面进行制备铁基涂层的实验研究。基于控制变量的方法来依次调整激光功率、送粉速度、载气流量及扫描速度开展单道单因素熔覆试验,并以表面粗糙度为熔覆层质量评价指标初选工艺参数。基于单因素试验进一步开展4因素3水平正交试验,终选显微硬度为熔覆层质量评价指标。利用极差分析考察数据发现扫描速度对熔覆层显微硬度影响最大,其后依次为激光功率、载气流量和送粉速度,最优工艺参数为熔覆处在激光焦点位置且激光功率、送粉速度、在其流量和扫描速度分别为4000 W、2.50 rpm、6.9 L/min和600 rpm。同时对熔覆层进行了摩擦磨损试验,分析了摩擦因素、磨损率及磨损形貌,验证了工艺参数优化的可行性。最终,熔覆层平均硬度较基体提升2.2倍,磨损率较基体提升27%。工艺参数优化能够实现铁基合金粉末熔覆层表面硬度及耐磨性的显著提升,对熔覆修复27SiMn液压支架大有帮助。     

工艺参数对TiAl合金激光熔覆复合涂层的影响

利用预涂NiCr-Cr3C2复合粉末对-γTiAl合金(简称TiAl合金)进行激光熔覆处理,制得了以Cr7C3,TiC硬质耐磨相为增强相,以-γNiCrAl镍基固溶体为基体的复合涂层;较系统地研究了光束扫描速度对TiAl合金激光熔覆复合材料涂层组织与耐磨性能的影响.结果表明,随着激光束扫描速度的提高,涂层显微组织有细化的趋势,显微硬度有所提高,而涂层厚度则有所降低.在中等扫描速度下(2.00mm/s)获得的涂层具有最好的滑动磨损耐磨性.     

激光熔覆Ni45A工艺参数敏感性分析

针对激光熔覆Ni45A成形控制问题,采用响应面中心复合设计方法,建立工艺参数与熔覆层几何特性之间的数学模型,分析激光功率、扫描速度、气流量对熔覆层几何特性的影响规律,并通过敏感性分析方法,获得熔覆层几何特性对工艺参数的敏感性。结果表明,增大激光功率,降低扫描速度,有利于增大熔高、熔宽和熔覆层面积,熔池中输入能量的大小是影响熔覆层形貌的主要因素。此外,敏感性分析表明熔覆层几何特性对激光功率最为敏感。研究结果为激光熔覆Ni45A几何特性提供了敏感特性图,为进一步有效地控制熔覆层成形质量提供了理论依据。     

激光熔覆工艺参数对Fe W B熔覆层质量的影响

采用激光熔覆技术在65Mn钢表面熔覆FeW B三元硼化物熔覆层。通过单道熔覆与单层多道熔覆实验,探究激光功率、扫描速度、送粉速率、搭接率对熔覆层质量的影响,获得优化激光工艺参数组合。并通过光学显微镜、X射线衍射仪和维氏硬度计对熔覆层进行分析。结果表明:工艺参数对熔池高度与熔池宽度的影响程度由小到大排列为:送粉速率、扫描速度、激光功率,对维氏硬度的影响程度由小到大排列为:扫描速度、送粉速率、激光功率。获得的最优工艺参数组合为:激光功率800W,扫描速度3mm/s,送粉速率4 g/min,搭接率50。此时熔覆层的维氏硬度均值为7579 HV,是基材的35倍。熔覆层与基材冶金结合良好,其微观组织由枝状晶、胞状晶和柱状晶组成。     

回火处理对激光熔覆颗粒增强镍基复合涂层组织及耐磨性的影响

采用优化的激光熔覆工艺在45#钢表面制备了质量良好的颗粒增强多道镍基复合Ni60CuMoW涂层。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)等表征手段研究了涂层的显微组织、颗粒相分布和结构特征。根据显微硬度和盘销式干摩擦磨损实验数据,比较了回火处理前后颗粒增强激光熔覆复合涂层的显微硬度分布和耐磨性能,并就热处理对磨损机制的影响进行了分析。结果表明,激光原位制备的颗粒增强镍基复合熔覆涂层经回火处理后,距结合界面0.3～0.8mm区域范围内析出的复合碳化物和硼化物硬质颗粒结构完整、尺寸分布均匀、密度大,与基体相界面呈牢固的冶金结合。回火处理前后涂层熔覆区的显微硬度较基体分别提高了4.9倍和5.8倍;耐磨性较基体分别提高了1.1倍和2.9倍。     

基于Nd:YAG的激光熔覆工艺参数的优化

为了获得平整的熔覆层表面质量,采用正交试验方法对316L不锈钢激光熔覆工艺参数对熔覆层截面表面平整度的影响进行了实验研究,并获得了优化的工艺参数.研究结果表明:扫描速度及送粉量对表面平整度影响较大,其次是激光功率及载气流量;并对优化后的工艺参数进行了试验验证,得到了表面平整度为0.015mm的熔覆层表面,从而说明结果的可靠性.     

扫描速率对激光熔覆Cu80Fe20偏晶涂层组织与耐磨性能的影响

采用激光熔覆技术制备了Cu80Fe20偏晶涂层,研究了扫描速率对液相分离特征以及偏晶涂层显微硬度、耐磨性能的影响。研究结果表明:Cu80Fe20偏晶涂层内出现了分层现象,大量由体心立方结构α-Fe、面心立方结构γ-Fe组成的富铁颗粒弥散分布于上层的面心立方ε-Cu基体内,大量面心立方ε-Cu富铜颗粒分布于下层的α-Fe基体内;随着激光扫描速率增大,激光熔池的冷却速率增大,富铁颗粒粒径逐渐减小,面密度逐渐增大,相邻富铁颗粒间的间距减小,富铁颗粒对铜基体的阴影保护效应增强,使得偏晶涂层的显微硬度与耐磨性能增加,且均优于黄铜。     

激光熔覆工艺参数对金属成形效率和形状的影响

针对激光熔覆再制造装备零件的快速高效熔覆成形及其控形问题,采用1kW全固态激光器和铁基合金粉末进行了不同激光线能量和送粉量下单道熔覆对比实验,研究了激光功率、激光扫描速度和送粉量等主要工艺参数对熔覆线形状尺寸和金属成形效率的影响.结果表明:熔覆线的宽度是光斑直径、激光功率、激光扫描速度和送粉量的函数,随激光功率增加和激光扫描速度降低,熔宽增加;随送粉量增加熔高增大.成形效率随工艺参数变化具有复杂的变化趋势,随激光线能量增加和送粉量增加,成形效率一般增高.在合适的参数范围内,需要对工艺参数进行优化以获得较高的成形效率.     

Y2O3对钛合金表面激光熔覆TiC复合涂层组织和耐磨性能的影响

采用HL-5000型横流CO2激光加工机,通过加入适量的稀土氧化物Y2O3在TC4钛合金表面制备了表面较平整、较细密、基本消除了裂纹与孔隙并与基体呈冶金结合的TiC复合涂层.研究了稀土氧化物Y2O3对激光熔覆层的显微组织、物相、显微硬度和滑动摩擦磨损性能的影响.结果表明:在本文所述的试验条件下,在熔覆层中添加稀土氧化物Y2O3的较佳重量百分比为0.6%,在TC4钛合金表面激光熔覆制备的TiC复合涂层中加入适量的稀土氧化物Y2O3,可有效改善熔覆层的组织和性能.     

基于温度场模拟的激光熔覆生物陶瓷涂层工艺参数选择

根据激光熔覆生物陶瓷涂层的特点,选择二维带状热源模型,研究计算了材料物理性能在不同温度下的变化曲线,并建立温度场模型。将实验制备的涂层从涂层外观、显微硬度、涂层与基体的结合强度、涂层物相等方面对比模拟结果与实验结果,从而论证模型的可靠性。根据模拟结果可得:激光功率与扫描速度均会影响熔池深度,且激光功率的影响大于扫描速度;根据模拟的变化趋势分析,选择的激光熔覆的工艺参数为功率P=1700 W,扫描速度V=165 mm/min。模拟预测了不同涂层厚度、工艺参数条件下的熔池深度。     

20CrMo钢表面高速激光熔覆工艺参数优化

为了解决石油钻杆表面受交变载荷冲击导致的失效问题,同时获取更高质量的耐磨涂层,采用高速激光熔覆设备,以JG-3铁基合金作为熔覆粉末,在20CrMo钢表面制备合金涂层。以激光功率、扫描速度以及送粉速度为优化变量,涂层硬度以及耐磨性为表征变量,通过正交试验极差与方差分析获得最优参数组。结果表明,极差分析中,工艺参数对涂层显微硬度和磨损失重量的影响程度排序均为扫描速度>送粉速度>激光功率;方差分析中,显微硬度和磨损失重量的F值大小均为F_B>F_C>F_A,表明各因素对高速激光熔覆涂层性能的影响程度排序为扫描速度>送粉速度>激光功率,这与极差分析结果一致。正交试验获得最优参数组合为：激光功率900 W、扫描速度65 mm/s、送粉速度4 r/min。     

TA2钛合金表面激光熔覆Ni基Tribaloy 700涂层

为提高钛合金表面强度,采用预置Tribaloy700(T700)合金粉末的方法在TA2钛合金表面进行了激光熔覆制备Ni基T700涂层的研究。研究结果表明,通过激光熔覆能够获得良好的T700合金涂层;涂层中Ti的适量存在能够促进laves相的析出与长大,Ti稀释较小时涂层组织主要为胞状和胞-枝蔓状的奥氏体γNi相,而Ti稀释较大时涂层组织为基体(TiNi γNi相) Laves相;涂层与基材之间有一厚约80~100μm的过渡区。显微硬度测试结果表明,在固溶强化及细晶强化等作用下T700熔覆涂层的显微硬度较常规方法有明显提高,适量的Ti稀释能够进一步提高涂层的硬度。根据Ti稀释程度的不同,涂层的平均硬度值在700~1000HV之间,约比TA2钛合金基材高4~5倍。