激光成形修复ZL104合金的组织与性能研究

针对深井钻机刹车盘的工况条件,采用激光熔覆技术在35CrMo钢表面分别制备Fe基涂层和含Cr3C2的Fe基合金复合涂层,研究了2种涂层的组织结构、显微硬度及耐干滑动摩擦磨损性能。结果表明,Fe基涂层以亚共晶方式结晶,在初生柱状固溶体枝晶间存在大量网状共晶组织,主要由γ-Fe、Cr7C3及少量的Cr-Fe固溶体等组成。Fe基复合涂层中Cr3C2大部分溶解,枝晶凝固特征保持不变,枝晶组织明显细化,主要由γ-Fe、Cr7C3及少量的Cr-Fe固溶体及较少量未熔的Cr3C2等组成。Fe基复合涂层的显微硬度及其摩擦磨损性能优于Fe基涂层。     

钨极氩弧熔覆原位合成颗粒增强铁基复合涂层组织及耐磨性的研究

采用钨极氩弧熔覆技术,在Q235钢板表面熔覆添加不同含量B和Si的铁基复合粉末,制备具有原位合成颗粒增强相的铁基复合涂层。分析了B、Si添加量对涂层组织、物相、硬度和耐磨性的影响。结果表明,铁基复合涂层主要由黑色的α-(Fe,Cr)基体和白色的(Fe,Cr)_7C_3、Cr_(23)C_6、Cr_7C_3、Fe_3B、Cr_3C_2及Cr FeB等原位生成硬质相组成。B元素含量的增加,原位生成的硼、碳化物等硬质相数量增加。涂层的硬度随着B、Si含量的增加呈先增加后降低的趋势,B、Si含量均为1%时达到峰值。涂层的磨损失重与硬度不完全对应,添加1.0%B、1.0%Si的涂层耐磨性最差,添加0.5%B、0.5%Si的涂层具有良好的耐磨性。     

VC与Cr_3C_2对钴基纳米碳化钨激光熔覆层的影响

研究了在光纤激光作用下,碳化物添加对纳米WC复合涂层组织及性能的影响。结果表明,添加了VC和Cr_3C_2得到的涂层未出现明显裂纹和气孔,其显微组织主要由黑色鱼骨状枝晶、柱状晶和灰白色块状组织构成,WC相则基本消失了。当添加VC和Cr_3C_2时,其显微组织的均匀性、晶粒的尺寸细化程度、显微硬度及耐磨性都要优于单独添加VC或Cr_3C_2的情况。与Ti-6Al-4V合金基体对比,所有涂层的显微硬度及耐磨性都有明显提高。其中,基体的磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损,而涂层则主要是磨粒磨损、疲劳磨损。     

感应熔覆铁基合金涂层的显微组织与性能

采用感应熔覆技术在奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti基体上制备了Fe基合金涂层。利用带有能谱仪的场发射扫描电镜(FESEM)分析了熔覆层的显微组织形貌和元素组成,使用X射线衍射仪分析了涂层的物相组成,采用差热分析仪对合金粉末进行了热分析,用显微硬度计和摩擦磨损试验机测试了涂层的显微硬度及干摩擦条件下的滑动磨损性能。结果表明,感应熔覆铁基合金涂层组织致密,内部和界面无孔隙,涂层与基体形成了良好的冶金结合;涂层主要由α-Fe、(Cr,Fe)_7C_3、Cr_7C_3、Ni_3Fe和Fe_3C等组成,且α-Fe中均匀分布颗粒细小的(Cr,Fe)_7C_3、Cr_7C_3析出相;涂层显微硬度约为250HV_(0.1);在不同载荷下,感应熔覆Fe基合金涂层的耐磨损性能均优于1Cr18Ni9Ti基体,涂层磨损机理为典型的层状剥落和粘着磨损。     

B4C对激光熔覆钴基合金涂层组织与耐磨性的影响

运用5kWcO2连续激光器在低碳钢表面激光熔覆Co基合金涂层(C065)及Co基合金中添加20％B4C(体积分数)的复合涂层(B4C／Co),研究了B4C对熔覆层组织、显微硬度及耐磨性的影响。结果表明,两种熔覆涂层均为树状枝晶生长的亚共晶组织。C055涂层主要由大量初生枝晶γ固溶体及其间的共晶组织1与(Cr,Fe)7C3组成;B4C／Co涂层主要由γ-Co,Cr7C3,Cr23c6,CrB2和Fe23(C,B)6组成,添加的B4C粒子在熔覆过程中全部熔解,但B4C／Co涂层组织与C055相比明显细化。B4C／Co涂层的显微硬度及耐磨性比Co65涂层都明显提高,并分析了涂层的强化机理。     

激光重熔Ni基WC涂层的组织与性能研究

研究了45钢为基体的Ni基WC涂层经激光重熔后形成涂层的显微组织、硬度和耐磨性.结果表明:涂层经激光重熔处理后,WC颗粒部分分解形成W_2C,同时形成新的硬质相和共晶组织.涂层中包含γ固溶体和W_2C、Ni_3B、Cr_73、Cr_(23)C_6和(Fe,Ni)_(23)C_6等化合物;有效地改善了涂层的性能.     

纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层的制备及性能研究

目的制备纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层并对比分析结合强度、显微硬度、孔隙率,为利用热喷涂技术治理易损部件提供有效手段。方法运用自主研发的造粒系统,成功对高活性的纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合喷涂粉体实施团聚造粒。使用高速火焰喷涂方法,在结构材料表面制备出了纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层。测试了纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层的基本性能,包括结合强度、显微硬度、孔隙率。结果纳米Fe-Al/Cr_3C_2复合喷涂材料的粒径由原始的50 nm团聚到最终的114~178μm,团聚后的纳米颗粒呈圆形或椭圆形,各成分比例保持原始比例,团聚颗粒内部仍然保持纳米粉体状态。纳米Fe-Al/Cr_3C_2表面及截面元素分布均匀、致密,纳米涂层的孔隙率、硬度和结合强度分别是微米涂层的0.25倍、1.39倍和2.43倍。结论团聚后的纳米Fe-Al/Cr_3C_2颗粒满足热喷涂材料的相关要求,纳米Fe-Al/Cr_3C_2比微米涂层具有更精细的涂层结构和更优异的基本性能。     

激光熔覆TiC-WC增强NiCrMn合金涂层组织与性能

利用激光熔覆技术在0Cr18Ni9奥氏体不锈钢表面制备了NiCrMn-TiC/WC-La_2O_3硬质合金耐磨涂层。采用X衍射仪、扫描电镜、能谱仪分析了熔覆层的物相组成及显微组织。测试了涂层的显微硬度,并在室温环境下对涂层进行干滑动摩擦磨损试验。结果表明:涂层主要由γ-(Ni,Fe)共晶化合物、未溶解的TiC和WC、原位生成的M_7C_3、TiC和(Ti,W)C、WC碳化物硬质相以及少量La_2O_3和Cr_3C_2组成。激光熔覆层的显微硬度大幅提高,显微硬度平均值为1172.74 HV,约为基体的3.48倍。熔覆层的摩擦系数和磨损率明显低于基体,磨损率约为基体的1/4。磨损试验过程中在涂层表面生成的大量含氧粘附层出现在涂层表面,有利于提高涂层的耐磨性。     

Q235钢表面氩弧熔覆Mo-Si复合涂层组织和性能分析

以钼粉、硅粉为原料,利用氩弧熔覆技术在Q235钢基材表面原位合成了FeMoSi/Fe3Si金属硅化物复合涂层,应用SEM,XRD对涂层的显微组织和物相进行了分析,并测试了涂层显微硬度和常温耐磨性.结果表明,复合涂层与基体界面无气孔、裂纹,呈冶金结合;复合材料涂层由α-Fe,初生相FeMoSi三元金属硅化物树枝晶和枝晶间的鱼骨状FeMoSi/Fe3Si共晶组织组成;涂层的显微硬度达到1 000 HVO.2,较基体提高3倍左右;相对耐磨性较基体Q235钢提高近11倍.     

翻板油管锚锚片铁基合金强化层组织及耐磨性能

目的提高翻板锚锚片在螺杆泵采油管柱中的耐磨性,提高采油效率,降低作业成本。方法在45#钢基体上采用氧乙炔火焰喷焊技术制备了铁基合金涂层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、硬度计和摩擦磨损试验机等设备,测试了涂层的硬度、微观组织形貌和耐磨性能,并与市面上翻板锚锚片刃口镶焊材料进行了摩擦系数、磨损失重等对比试验以及经济性分析。结果铁基合金层与基体之间呈冶金结合,其组织主要由初生碳化物Cr_3C_2和Cr_7C_3,硼化物Fe_2B、Cr_2B和CrB,以及共晶成分的基体γ-Fe(Ni,Cr,C,Si)、α-Fe、Fe_3C、(Fe,Cr)_7C_3、Fe_(23)(B,C)_6和Cr_(23)C_6组成。合金层表面硬度平均值为64.7HRC,比镶焊材料的表面硬度平均值高出50%左右。合金层摩擦系数稳定在0.6左右,相比镶焊材料降低了约17%。磨损失重实验后,合金层的磨损失重约为镶焊材料的2/3左右。经济性分析显示该强化工艺成本在6.8305元左右,与镶焊硬质合金材料的成本大致相当。结论喷焊铁基合金强化层后的翻板锚锚片在硬度、耐磨性等方面得到显著提高,寿命得到有效延长。该研究为翻板锚锚片的耐磨强化与修复提供了可靠的依据,同时也为采油工艺中其他关键易磨损零部件的表面强化提供了一定的理论和实践经验。     

激光熔覆原位合成TiC-TiB2复合涂层

为了提高材料表面的强度及耐磨性,在Fe901自熔性合金粉末中添加了不同比例的(TiO2+B4C+C+Al)混合粉末,采用激光熔覆技术在45钢表面成功制备了TiC-TiB2增强复合涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和磨损试验机等对复合涂层的相组成、显微组织形貌及力学性能进行了分析,同时对反应体系进行了热力学计算。结果表明:复合涂层与基材呈冶金结合,无气孔、裂纹等缺陷。反应体系满足原位合成TiC和TiB2的热力学条件。涂层物相由α-Fe、TiC、TiB2和(Fe,Cr)7C3组成。细小的方块状TiC颗粒和长条状TiB2均匀弥散分布于涂层基体上,可起到进一步细化组织及沉淀强化的作用。添加(TiO2+B4C+C+Al)混合粉末后,涂层组织明显细化且树枝晶数量减少,并且随着添加量增多,组织越细小。TiC-TiB2增强复合涂层显微硬度在720~760HV0.2之间,比不含TiC-TiB2的涂层提高了30%左右,耐磨性明显提高,混合粉末添加质量分数为50%时耐磨性最好。     

等离子熔覆添加碳化钨的铁基合金涂层的研究

为了提高钢铁材料表面的硬度和耐磨性,采用等离子弧在Q235钢基体上熔覆添加50%镍包WC的Fe-Cr-B-Si合金粉末,制备了具有冶金结合的复合涂层.采用SEM、EDS、XRD等研究了涂层的组织,利用显微硬度计测试了涂层的显微硬度分布.结果表明:Q235钢表面经等离子熔覆形成的复合涂层中,WC颗粒部分溶解于铁基合金,WC颗粒与涂层界面形成厚达数微米的反应层,有效提高了涂层与WC的界面结合强度.涂层由基体组织γ-Fe枝晶,颗粒状WC、Fe3W3C、Fe6W6C、W2C等相组成,其显微硬度可达560～820HV0.2.     

单晶高温合金真空钎涂MCrAlY-Cr_3C_2涂层的研究北大核心

为了提高单晶高温合金的高温耐磨抗氧化涂层,采用真空钎涂工艺制备了MCrAlY-Cr_3C_2复合涂层,并采用OM,SEM,XRD,EDS,EPMA和显微硬度试验等手段对涂层的组织、成分和硬度进行分析。结果表明,涂层主要由γ+γ',Cr_7C_3,Cr_(23)C_6,Ni_3Si和Cr_3Si组成,由于界面互扩散,界面上生成了含Mo,W的硅化物,且单晶基体的二次反应区中析出了各种形态的富Ta,Ti的碳化物。涂层中由于添加了碳化物强化相,显微硬度比单晶基体提高了近3倍,但分布不均匀;涂层与基体界面处由于固溶强化效果减弱,析出的硬脆相对硬度影响不大,因此硬度提升不够明显。     

单晶高温合金真空钎涂MCrAlY-Cr_3C_2涂层的研究

为了提高单晶高温合金的高温耐磨抗氧化涂层,采用真空钎涂工艺制备了MCrAlY-Cr_3C_2复合涂层,并采用OM,SEM,XRD,EDS,EPMA和显微硬度试验等手段对涂层的组织、成分和硬度进行分析。结果表明,涂层主要由γ+γ',Cr_7C_3,Cr_(23)C_6,Ni_3Si和Cr_3Si组成,由于界面互扩散,界面上生成了含Mo,W的硅化物,且单晶基体的二次反应区中析出了各种形态的富Ta,Ti的碳化物。涂层中由于添加了碳化物强化相,显微硬度比单晶基体提高了近3倍,但分布不均匀;涂层与基体界面处由于固溶强化效果减弱,析出的硬脆相对硬度影响不大,因此硬度提升不够明显。     

电压对电刷镀Co-Cr_3C_2复合镀层的影响

采用电刷镀在45钢表面制备了Co-Cr_3C_2复合镀层。镀液组成和工艺参数为:CoSO_4·7H_2O 430 g/L、Cr_3C_2450 g/L、H_3BO_330 g/L、NaCl 5 g/L、pH=4.0、温度25℃,电压10~28 V。研究了电压对Co-Cr_3C_2复合镀层的表面形貌、相结构、Cr_3C_2颗粒含量、显微硬度和耐磨性的影响。结果表明:随着电压的增大,该镀层的表面平整度不断改善,小于22 V时,Cr_3C_2颗粒的含量不断升高,硬度和耐磨性也不断上升。当电压大于22 V时,该镀层中Cr_3C_2颗粒含量逐渐下降,导致涂层的硬度和耐磨性下降。     

钛基稀土激光熔覆层中TiC的生长规律研究

利用同步送粉激光熔覆技术在Ti811表面制备了TC4+Ni45+WC+CeO_2激光熔覆层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)分析了涂层的组织和相组成,分析了制备过程中的反应机理,利用显微硬度计测试了涂层的显微硬度。结果表明,涂层的α-Ti基底中分布有枝晶Ti C、纳米共晶Ti C(缺位型TiC_x)、TiB_2和金属间化合物Ti_2Ni等相;通过对比发现,加入CeO_2的激光熔覆层生成相密度明显增加,晶界密度明显增大,晶界强化特征明显,枝晶TiC粒径相对粗大,涂层中二次析出的纳米共晶Ti C依附于枝晶Ti C生长,形成了纳米共晶TiC+枝晶TiC的复合相结构;涂层的显微硬度高于基底的,涂层的最高硬度为697 HV0.5,较基底提高了约0.8倍。     

H13钢激光熔覆TiC/Ni合金复合涂层的组织与耐磨性北大核心CSCD

为提高H13模具钢的耐磨性能,利用激光熔覆技术,在H13钢表面制备了不同Ti C含量的Ti C/Ni基合金复合涂层,通过显微组织观察、硬度测试、滑动摩擦磨损试验方法对H13钢表面激光熔覆的不同复合涂层的组织及耐磨性能进行分析测试。结果表明,Ni60+Ti C激光熔覆涂层中物相主要为γ-(Fe,Ni)、Fe3C、Cr23C6、Ni2Si及Ti C,激光熔覆层具有较高显微硬度,Ti C的加入及含量增加可使熔覆层组织细化,复合熔覆层硬度提高,Ti C含量为30%时熔覆层内平均硬度最大,为873 HV0.2;激光熔覆Ti C+Ni60复合涂层的耐磨性显著高于H13钢基体,随Ti C含量增加而先增加后降低,Ti C含量20%耐磨性较佳;H13钢基体的磨损机制主要以犁削、切削为主,激光熔覆Ti C/Ni合金复合涂层以脆性剥落机制为主。     

H13钢激光熔覆TiC/Ni合金复合涂层的组织与耐磨性

为提高H13模具钢的耐磨性能,利用激光熔覆技术,在H13钢表面制备了不同Ti C含量的Ti C/Ni基合金复合涂层,通过显微组织观察、硬度测试、滑动摩擦磨损试验方法对H13钢表面激光熔覆的不同复合涂层的组织及耐磨性能进行分析测试。结果表明,Ni60+Ti C激光熔覆涂层中物相主要为γ-(Fe,Ni)、Fe3C、Cr23C6、Ni2Si及Ti C,激光熔覆层具有较高显微硬度,Ti C的加入及含量增加可使熔覆层组织细化,复合熔覆层硬度提高,Ti C含量为30%时熔覆层内平均硬度最大,为873 HV0.2;激光熔覆Ti C+Ni60复合涂层的耐磨性显著高于H13钢基体,随Ti C含量增加而先增加后降低,Ti C含量20%耐磨性较佳;H13钢基体的磨损机制主要以犁削、切削为主,激光熔覆Ti C/Ni合金复合涂层以脆性剥落机制为主。     

激光熔覆FeCr基Ni包B_4C复合涂层的组织性能

利用3kW高功率半导体激光器,在45钢基体上制备不同含量的FeCr基Ni包B_4C复合涂层(10%~50%,质量分数),分别用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)及摩擦磨损机对熔覆层的显微组织、成分分布、物相及耐磨性进行研究。结果表明:熔覆层与基体结合区组织为垂直于基体的胞状晶,中部为较粗大的柱状晶,上部为细小无方向的树枝晶;添加量为10%和20%的Ni包B4C时熔覆层的主要物相是α-Fe、Cr B、Cr_(23)C_6、B_4C;添加量为30%~50%的Ni包B_4C时熔覆层的主要物相是α-Fe、CrB、Cr_(23)C_6、B_4C、(Fe,Ni)、Fe_(23)(C,B)6、(Fe,Ni)_(23)C_6,同时还发现了未熔的B_4C陶瓷颗粒;含量为30%时熔覆层显微硬度最高,可以达到1261 HV,约为基体(120 HV)的10倍,耐磨性能是基体45钢的41倍。     

Ti对Co基合金激光熔覆层组织与性能的影响

为了研究Ti对Co基合金涂层组织及性能的影响,采用5kWCO2激光器在低碳钢表面熔覆Co基合金涂层及Ti/Co基合金复合涂层,对比研究2种涂层的组织、显微硬度以及滑动磨损性能。结果表明,Co基合金涂层主要组成相为γ-Co,ε-Co,Cr23C6等;Ti/Co基合金复合涂层组成相为γ-Co,ε-Co,Cr23C6,TiC等。Co基合金涂层由发达的γ-Co枝晶和其间共晶组织所组成,Ti/Co基合金涂层典型组织为等轴固溶体以及细小的共晶组织;研究发现原位生成的TiC对熔覆层的组织有显著的改善作用,促使其由树枝晶向等轴晶转化,从而细化组织。