TiAl合金表面激光重熔复合陶瓷涂层温度场数值模拟及组织分析

为了研究激光重熔工艺参数对等离子体喷涂复合陶瓷涂层组织结构的影响,根据激光重熔的特点,采用ANSYS有限元软件的参数化设计语言,建立了TiAl合金表面激光重熔等离子体喷涂Al2O3-13%TiO2(质量分数)复合陶瓷涂层连续移动三维温度场有限元模型,对激光重熔温度场进行了分析.分析结果表明,当陶瓷涂层厚度较大时,受到陶瓷材料导热系数较低的影响,激光重熔时无法使整个陶瓷层实现完全重熔,根据重熔时作用区温度场分布,可将整个涂层分为重熔区、烧结区和残余等离子体喷涂区;在优化的工艺参数下,采用相对较低的激光重熔功率和较低的扫描速度能够获得厚度较大的重熔区和烧结区.实验结果表明,重熔后的陶瓷涂层形成了晶粒细小且致密的等轴晶重熔区、烧结区和片层状残余等离子体喷涂区,并且重熔区和烧结区厚度的计算值和实验值吻合较好.     

Sn-Ag基无铅钎料Nd:YAG激光重熔界面研究

通过Nd∶YAG激光重熔和热风二次重熔试验,得到了Sn3.5Ag和Sn3.0Ag0.5Cu无铅钎料球在Cu焊盘的钎料凸台.利用扫描电子显微镜分别分析了激光重熔和热风二次重熔后两种无铅钎料与铜焊盘界面反应及组织形貌,并对激光一次重熔无铅钎料凸台进行了剪切试验,观察了凸台的剪切断口.结果表明,在合适的激光功率和加热时间条件下能够获得成形良好的无铅钎料凸台,Sn3.5Ag和Sn3.0Ag0.5Cu两种无铅钎料与Cu焊盘所产生的界面化合物主要为Cu3Sn和Cu6Sn5,凸台界面反应组织形貌以及剪切承载力与激光功率和加热时间密切相关,而且激光重熔形成的界面化合物影响热风二次重熔界面的组织形貌.     

激光重熔层稀释区与熔覆区界面区域的组织结构

利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对Ti6Al4V(TC4)合金表面激光重熔的NiCrBSi/TiN涂层稀释区与熔覆区界面组织进行了分析.结果表明,稀释区与熔覆区界面区域的快速凝固组织为Ti-Ni,Ti-Cr金属间化合物和Ti-N化合物.Ti-Ni,Ti-Cr金属间化合物中部分的Ti,Ni原子被熔池中的Cr,Al等原子所取代,形成了以Ti2Ni,TiNi和Cr2Ti为基的化合物.Ti-N两相之间的Ti2.6Ni1.33组织有许多的蜂窝",最大尺寸约为40 nm,较小的为10 nm以下.这是由于熔体中的气团"来不及逸出,在快速凝固中滞留的结果.     

机械振动辅助激光重熔Ni基合金TiC复合涂层微观组织研究

采用机械振动辅助激光重熔复合改性工艺在45 钢表面制备了NiCrBSi+TiC 复合涂层。运用扫描电镜（SEM）,能谱仪（EDS）和X 射线衍射（XRD）等表征手段分析了涂层形貌、微观结构和相组成,并测试了复合涂层的显微硬度分布。结果表明:由于受到激光二次扫描和激振力综合作用的影响,基体相由树枝晶向胞状枝晶转变,增强相TiC 等硬质颗粒分布呈现出递增趋势,占选取视场内的面积分数提高约18.2%。Ti 元素扩散趋势减缓,细晶强化和弥散强化作用增强。机械振动激光重熔涂层近结合界面处显微硬度波动减缓,结合区横向显微硬度波动有效改善。     

工艺参数对激光重熔等离子喷涂Ni基WC复合涂层影响

采用激光重熔工艺对等离子喷涂预置Ni基WC复合涂层进行处理,研究了激光工艺参数对涂层微观组织和性能的影响。用扫描电镜(SEM)、显微硬度计和球-盘式摩擦磨损机分析了涂层微观结构、显微硬度和高温摩擦磨损特性。结果表明,激光重熔消除了等离子喷涂层的片层状结构、孔隙等缺陷,涂层致密性提高;随着激光功率的增加,WC颗粒烧损和溶解增多,同时涂层稀释率变大;激光重熔处理后涂层的显微硬度和磨损性能显著高于原等离子喷涂层,但激光功率对其有较大的影响,工艺参数的合理选择有利于WC颗粒适当熔化,从而在涂层中保留较高比例的硬质相,同时使WC颗粒与Ni基体的结合较强,达到较高的显微硬度和耐磨性能。     

激光重熔等离子喷涂自润滑复合涂层研究

为获得高副接触情况下具有抗疫劳的自润滑涂层,采用包覆的Ni包TiB2和Ni包石墨超细微粉,在9Cr18不锈钢表面,利用激光重熔等离子喷涂方法制备金属陶瓷自润滑复合涂层。研究了涂层制备的工艺方法、组织特征、界面形态及其形成机制,分析了涂层的耐磨性、抗疲劳性、自润滑性、组成物质及元素分布。结果表明,激光重熔等离子喷涂Ni包TiB2/Ni包石墨涂层,能够大大改善等离子喷涂层的组织结构,获得组织均匀致密,与基体结合强度高,同时含有硬质相和润滑相的复合涂层,在一定程度上减小了涂层的干摩擦系数,提高了涂层的耐磨性和抗疲劳性。     

激光重熔对CoCrAlYTa涂层组织及氧化性能的影响

采用等离子喷涂工艺在Co基合金表面制备CoCrAlYTa-Al_2O_3-ZrB_2复合涂层,并采用激光重熔工艺对涂层进行处理。通过扫描电镜(SEM)、和X射线衍射仪(XRD)对重熔前后试样进行检测,分析涂层的微观结构及物相组成,同时对涂层进行高温氧化实验,比较重熔前后试样的性能。结果表明,激光重熔消除了等离子喷涂层的片层状结构、孔隙等缺陷,涂层致密性有很大提高;激光重熔层截面显微硬度从平均899.47 HV提高到929.484 HV;激光重熔层氧化增重速率约为等离子喷涂层的1/6,且氧化膜均匀致密,有效阻止氧化的进一步进行,从而大大提高涂层的抗氧化性能。     

激光重熔喷涂涂层研究进展

激光重熔能够消除涂层内部孔隙和裂纹,实现基体和涂层之间由机械结合向原子间扩散的冶金结合过渡,强化涂层内部结合力,减小晶粒尺寸,增加晶界数量,提高涂层塑性变形能力。使普通的金属基体获得优异的表面性能,提高零件使用寿命。文章从重熔参数、有限元仿真和实际应用三方面对激光重熔喷涂涂层的研究方向进行研究梳理,并展望未来激光重熔发展方向。     

等离子喷涂Al2O3+13wt%TiO2陶瓷涂层的 激光重熔处理

本文用Ｘ射线衍射、扫描电镜和显微硬度研究了等离子喷涂Ａｌ２Ｏ３＋１３ｗｔ％ＴｉＯ２陶瓷涂层激光重熔处理后陶瓷熔化层的组织结构及硬度变化特征。激光重熔区亚稳相Ｙ－Ａｌ２Ｏ３转变成为稳定相α－Ａｌ２Ｏ３：ＴｉＯ２与Ａｌ２Ｏ３反应生成ＴｉＡｌ２Ｏ３陶瓷熔化层致密,无孔隙、少裂纹或无裂纹;熔化层硬度有较大提高,且随激光能量密度的增大而增大,而涂层设计对其影响很小。此外,激光重熔能极大地提高陶瓷的涂层的耐磨     

TiAl基合金表面激光重熔MCrAlY涂层组织结构及抗氧化性

采用等离子喷涂工艺在TiAl基合金表面制备NiCoCrAl-Y2O3涂层.并用激光重熔工艺对涂层进行处理.用SEM、XRD对激光重熔前后的试样进行检测,分析了涂层的微观组织结构以及物相成分组成,同时对涂层进行高温氧化试验.结果表明,等离子喷涂后的涂层组织较致密,但仍存在孔洞等缺陷.激光重熔后涂层的组织结构进一步均匀、致密,晶粒得到细化.激光重熔过程中,涂层中Al元素上浮,并部分氧化生成Al2O3相.这两方面均可有效"阻碍"氧离子向内扩散和金属阳离子向外扩散,使重熔后涂层的高温抗氧化性能得到较大地改善.     

激光熔覆TiCp/NiCrBSi复合涂层的组织与摩擦学性能

应用激光表面改性方法 ,在 4 5 # 钢表面熔覆了TiCp/Ni Cr B Si C复合涂层 ,利用SEM ,TEM分析以及磨损试验 ,研究了复合涂层的组织特点和耐摩擦磨损性能及其影响规律 ,并探讨了添加稀土氧化物改善复合涂层的组织性能及稀土氧化物的作用机制。结果表明 ,TiC颗粒在熔覆层中发生部分溶解和重新析出 ;熔覆层与基体形成交互扩散区 ,在该区中发现 (Fe ,Cr) 2 3 C6碳化物 ,同时还形成大量α和γ微晶 ,局部区域存在Ni Si B Re非晶相。在凝固应力作用下 ,TiC颗粒与粘结金属界面之间存在大量的孪晶和位错。稀土氧化物对复合涂层显微硬度提高幅度不大 ,但能明显地减小复合涂层的摩擦系数 ,显著提高涂层干摩擦磨损状态下的耐磨性。TiC含量为 4 5 %～ 5 0 %时 ,熔覆层具有最佳耐磨性     

In Situ Synthesis of Titanium Nickel Intermetallic Compounds Layer and TiN Coating By Laser Cladding

1 Introduction Laser cladding technology has been widely used in ma- terial processing and tool repairing because it causes little distortion and leads to high quality coatings [1]. Since the appearance ofhigh power diode lasers, the laser cladding is more efficient, economical and flexible[2￣5]. Titanium nickel alloys have excellent properties such as low density, high strength, and high chemical stability, which have promoted their applications in the aerospace, chemical, petrochemical and …     

钛合金激光熔覆硬质颗粒增强金属间化合物复合涂层耐磨性

以54.51Ti-37.68Ni-7.81B4C(元素前数字为质量分数值)粉末混合物为原料,利用激光熔覆技术在TA15钛合金基材表面制得了以外加未熔B4C颗粒及快速凝固"原位"生成硼化钛和碳化钛为增强相,以金属间化合物TiNi、Ti2Ni为基体的复合涂层。采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等手段分析了涂层显微组织,并测试了涂层的二体磨粒磨损性能。结果表明,激光熔覆硬质颗粒增强金属间化合物复合涂层硬度高、组织均匀并表现出优异的抗磨粒磨损性能。高硬度、高耐磨的B4C、硼化钛和碳化钛陶瓷增强相与高韧性TiNi/Ti2Ni金属间化合物基体的强韧结合是激光熔覆涂层优异耐磨性的主要原因,其磨损机理为轻微的显微切削和塑性变形。     

激光熔覆梯度生物陶瓷涂层的研究

钛合金表面涂覆羟基磷灰石 (HA)用作硬组织植入体 ,既有优良的力学性能 ,又有优良的生物相容性 ,是材料学和生物医学中的研究热点。基于CaCO3 +CaHPO3 ·2H2 O在高温下能反应生成羟基磷灰石 ,以及激光熔覆技术能够制备与基体材料结合良好的陶瓷涂层的事实 ,尝试了利用激光处理在钛合金表面同步合成与熔覆羟基磷灰石生物陶瓷涂层的新技术。实验表明 ,以 80CaCO3 2 0CaHPO3 ·2H2 O ,另加 1%Y2 O3 为原料 ,在功率密度 13～ 15W/mm2 ,扫描速度 6 30mm/min的处理条件下 ,在TC4钛合金表面成功地制备出以羟基磷灰石为主的、具有梯度特征的生物陶瓷涂层。该涂层由表及里钙含量逐渐减少 ,钛、钇递增 ,磷则是先增加后减少 ;致密度由表及里呈现出逐步提高的特征 ;显微硬度则逐渐降低     

30CrMnMoTi钢表面激光熔覆NiCrBSi涂层的组织及耐磨性研究

利用YAG激光器,采用预置粉末法在30CrMnMoTi钢表面制备NiCrBSi涂层.借助扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了涂层微观组织和物相组成.结果表明:在优化的工艺参数下,激光熔覆的Ni基涂层致密,无明显气孔、裂纹等缺陷;组织形貌从结合区到表层依次为:平面晶→树枝晶→较小树枝晶和等轴晶;物相主要由γ-(Ni,Fe)、Ni3B、CrB、M7C3和M23C6相组成.Ni基涂层硬度最高可达830HV0.2,其耐磨性能明显优于基体.     

激光熔覆Fe3Al涂层的工艺与组织结构研究

以Fe3Al粉末为原料, 采用激光熔覆工艺在低碳钢基体的表面制备了Fe3Al金属间化合物涂层。研究了激光熔覆功率对涂层质量的影响, 实验在2.4～2.6 kW功率下获得了良好的熔覆效果, 涂层致密、无肉眼可见气孔、夹杂、无宏观裂纹并与基体完全冶金结合; 涂层组织为粗大的块状晶团, 晶团由微细片状Fe3Al相构成, 电子衍射分析测定Fe3Al晶格常数为0.542 nm; Fe3Al熔覆涂层的硬度为350～420 HV, 较铸态Fe3Al明显提高。     

激光重熔对喷射电沉积纳米镍涂层组织与性能的影响

为了提高喷射电沉积纳米镍涂层的性能,采用激光重熔工艺对涂层进行处理,研究了激光重熔对涂层微观组织和性能的影响。用扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计分析了涂层表面形貌、微观结构和显微硬度,同时对涂层的腐蚀特性进行了考察。结果表明,在优化的工艺参数下,喷射电沉积制备的镍涂层表面比较平整,结合致密,由平均尺寸为13.7 nm的纳米晶颗粒组成,但涂层中仍存在一些孔隙及其他缺陷;经过激光重熔后,熔融区内的晶粒尺寸明显减小,使涂层致密化程度得以提高并使涂层与基体由机械结合变为冶金结合,因此激光重熔处理后涂层的显微硬度明显提高,且其耐腐蚀性能明显优于原喷射电沉积镍涂层。     

激光熔覆原位合成TiC-Cr7C3-Ti-Ni金属复合材料涂层

利用激光熔覆工艺在Ti-6Al-4V合金表面制备出原位自生TiC-Cr7C3-Ti-Ni金属复合陶瓷涂层,以改善材料表面的综合性能。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量分散仪(EDS)、电子探针显微分析仪(EPMA)等手段对复合涂层微观组织结构进行研究。结果表明,复合涂层主要由-βTi,-γNi固溶体及分布于晶间的Ti/TiC或Ti/Cr7C3共晶组成;晶内为贫Ni,C的-βTi固溶体组织,晶间为富Ti,C的Ti/TiC和Ti/Cr7C3共晶组织;随着复合涂层成分的变化,激光熔覆原位合成物的量发生相应的变化,涂层熔区内晶体生长形态从网络状晶向树枝晶、等轴晶过渡;复合涂层显微硬度值较基体有显著提高。     

激光涂覆技术的实验研究

叙述了有关激光这年来国内外的研究动态;我们采用２ｋＷ横流ＣＯ２激光器在普通低碳钢表面上涂覆镍基自熔合金粉末,初步探讨了有关界面相熔的形成原因、影响因素及解决办法;报激光涂覆过程中各种工艺参数相互关系及对溶敷层稀释度的影响,确定了较合理的工艺参数,该工艺对机械制造业、金属表面硬化等均有实用价值。