激光熔覆与等离子熔覆的镍基合金熔覆层组织和性能对比

在低碳钢等廉价金属表面熔覆一层高强高韧或高耐蚀性的熔覆层可极大提高材料的使用性能及利用率,但是不同熔覆方法对熔覆层组织和性能可能会造成不同影响。利用激光熔覆和等离子熔覆技术分别在Q345基材表面熔覆镍基合金粉末,获得具有一定厚度的熔覆层。通过对2种熔覆方法获得的熔覆层进行微观组织、冲击韧性以及耐磨损性能对比分析可知,激光熔覆镍基合金的熔覆层组织细密,冲击吸收功略低于等离子熔覆试样,但稳定性优于等离子熔覆层,耐磨损性能及表面硬度明显优于等离子熔覆层。     

等离子熔覆铁基涂层开裂行为研究

本文采用正交对比试验,研究了多种因素对等离子熔覆铁基涂层开裂敏感性的影响.试验结果表明,基体材料及其表面状态、工艺参数和熔覆材料成分等都对熔覆层的开裂敏感性产生重大影响,通过改变这些因素可以减少裂纹的产生,扩大等离子熔覆技术的应用范围.     

等离子钴基熔覆层的组织和性能研究

等离子熔覆技术是采用等离子束为热源,在金属表面获得优异的耐磨、耐蚀、耐冲击等性能的新型材料表面改性技术。本工作对低碳马氏体钢表面进行等离子熔覆处理,研究钴基合金熔覆层的显微硬度、金相组织。研究结果表明:钴基合金熔覆层的硬度达942HV。熔覆层组织主要由树枝晶和孢状晶粒组成,熔覆层与基体界面结合良好,无裂纹。     

等离子熔覆ZrB_2-ZrC/Fe复合涂层组织及耐磨性

采用等离子熔覆技术,以Zr、Fe、B_4C混合粉末为原料,在Q235低碳钢表面原位反应合成了ZrB_2和ZrC增强的Fe基复合涂层,分析了ZrB_2-ZrC/Fe涂层的物相组成和组织结构,并进行了硬度、耐磨性对比试验,探讨了物相和组织结构的形成过程及磨损机制。结果表明:涂层主要物相为ZrB_2、α-Fe、ZrC、Fe_2B和Fe_3C,其中ZrB_2呈现针棒状、花瓣状,ZrC呈现规则的颗粒状;随着原始粉末中(Zr+B_4C)含量的增加,增强相ZrB_2和ZrC含量增多,尺寸变大,ZrB_2-ZrC/Fe涂层与Q235钢基体之间结合紧密,呈冶金结合;与Q235钢基体相比,ZrB_2-ZrC/Fe涂层耐磨性显著提高,最高可达基体的5.45倍,ZrB_2-ZrC/Fe涂层的磨损方式以磨粒磨损为主,断裂方式以穿晶断裂为主。     

Y对轴承钢上激光熔覆FeCoCrNi涂层结构和冲蚀磨损的影响

以激光熔覆方法在轴承钢上制得FeCoCrNi-xY高熵合金涂层,并对其处于气体环境中的耐高温冲蚀性进行了测试。研究Y对涂层结构和冲蚀磨损的影响。研究结果表明：随着Y增大,蜂窝形组织开始减少直到全部消失,生成了许多尺寸较小的M颗粒,形成了粒径更小以及分布形态更均匀的Y化物组织。提高Y的加入量后,涂层发生了硬度先减小再增大势,测试得到的硬度值介于720-960 HV范围内。当逐渐提高冲蚀角后,FeCoCrNi-xY涂层发生了冲蚀磨损率持续增大。FeCoCrNixY涂层获得了高于轴承钢的硬度,呈现明显的脆性特点。对FeCoCrNi-0.3Y涂层冲蚀形成了深度更大的犁沟,达到了更高的冲蚀磨损率。当温度提高后,磨损率同样呈现增大现象,不过变化幅度较低。各攻角下的涂层磨损形式并未受到温度的明显影响。     

等离子熔覆Cr7C3/γ-Fe金属陶瓷复合材料涂层的组织与耐磨性研究

以Fe-Cr-C合金粉末为原料,采用等离子熔覆技术,在调质C级钢表面制得以原位生成初生相Cr7C3为增强相的新型陶瓷复合材料涂层.利用光子显微镜(OM),扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD)和能量色散谱(EDS)等分析了涂层的显微组织,并在室温干滑动磨损及二体磨料磨损条件下测试了该涂层的耐磨性能.结果表明,涂层组织包括Cr7C3增强相和γ-Fe固溶体与少量Cr7C3构成的共晶;由于Cr7C3/γ-Fe快速凝固复合材料涂层组织细小、均匀,在滑动磨损过程中不易与对偶件黏着、在磨料磨损过程中具有很高的抗切削抗剥落能力,因而在干滑动磨损及二体磨料磨损条件下涂层均具有优良的耐磨性能.     

激光熔覆NiCrAl-陶瓷涂层的显微组织研究

运用激光熔覆技术在40Cr钢表面制备了(TiO-2+B-2O-3+Al-2O-3+TiB-2)/NiCrAl金属陶瓷涂层,其中的TiB-2和Al-2O-3陶瓷颗粒在激光加工过程中原位反应生成;对熔覆层的组织、物相、元素分布和显微硬度分布特征进行了分析研究;熔覆层中的主相依次分别是γ|Ni,γ′,Al-2O-3和TiB-2,熔覆层的微观结构和硬度主要和激光处理参数和熔覆层化学组成有关［1～9］;陶瓷相的原位生成和加入,大大改善了熔覆层的硬度和覆层/基体界面的结合性能。     

等离子熔覆铁基非晶纳米晶复合涂层及其性能

利用等离子熔覆技术在A3钢表面制备了一层与基体呈冶金结合的、性能良好的非晶纳米晶复合涂层.涂层有非晶相和纳米相组成,根据衍射峰的半高宽,计算出铁基涂层中平均晶粒尺寸为22～24nm.对涂层进行XRD、SEM、EDS、TEM和DSC分析,并利用显微硬度计和电化学工作站研究涂层的硬度和耐蚀性能,研究表明所制备的铁基涂层具有良好的性能.     

激光熔覆制备抗冲蚀磨损镍基复合涂层的研究进展

冲蚀磨损是材料在流体或含固体颗粒流体的冲击作用下造成的表面磨损现象,在传统材料表面熔覆粉末可以有效改善其表面性能,抑制材料损伤速度,降低制造成本.采用激光熔覆制备的涂层具有结合强度高、对基材的稀释率低和热影响程度小等优点,用于解决恶劣环境下服役零件的冲蚀磨损问题,具有很好的应用前景.熔覆材料主要包括铁基、钴基、镍基三个体系.其中,铁基涂层抗磨性好、成本低,但涂层易产生裂纹缺陷,自溶性、抗氧化性差;钴基涂层耐磨耐蚀性好,但是价格昂贵;镍基涂层抗高温氧化性和耐磨耐蚀性好,价格适宜,综合起来优势明显,应用前景广阔.国内外很多研究人员通过调整镍基合金粉末的成分和激光熔覆的工艺参数改善涂层的性能,如向镍粉中加入硬质陶瓷颗粒或者合适的元素等提高镍基复合涂层的性能.主要硬质颗粒包括WC、Al2 O3、SiC、TiC等.一些学者通过加入镍铝金属间化合物来提高涂层的耐蚀性能;一些学者向涂层中加入稀土元素以生成稳定的化合物;一些学者研究工艺参数对涂层性能的影响.此外,还有一些学者通过在渣浆泵、抽油泵、水轮机等零件上制备镍基涂层,显著提升工件的耐磨耐蚀性能.本文综述了激光熔覆镍基复合涂层的研究进展,指出了目前研究存在的问题,并对未来的研究方向进行了展望,为镍基复合涂层的深入研究和在冲蚀磨损工况条件下的推广应用提供参考.     

Q345R表面钛涂层的激光熔覆制备及显微组织研究

本文以采用铜为过渡层、表面激光熔覆钛涂层的Q345R钢板为研究对象,研究了各层凝固组织、结合界面显微组织、元素扩散行为及显微硬度,阐明了两个结合界面处显微组织及元素扩散行为的差异。研究发现,钛层组织为均匀分布的单一柱状树枝晶,与前一条熔覆轨迹交界处为不具备明显方向性的树枝晶,近界面处形成细小而紧密的等轴树枝晶。铜层中部区域的显微组织为典型柱状树枝晶,在铜/钢结合界面铜侧,显微组织表现为垂直于界面的细小树枝晶向细小等轴树枝晶的过渡,细小等轴树枝晶垂直方向的厚度约为20μm。由于激光熔覆过程中强烈的热量影响,钢层存在明显的热影响区,该区域组织发生了重结晶或不完全重结晶,组织由粒状贝氏体、细小的铁素体和珠光体组成。远离界面处组织为典型的铁素体和珠光体组织,呈现带状分布。钛/铜结合界面存在熔合区,并存在显著的元素扩散行为,而铜/钢结合界面不存在熔合区,Cu、Fe元素在铜/钢结合界面处的含量急剧变化,扩散距离约为1～2μm。显微硬度方面,结合界面的硬度实现了两侧材料硬度的过渡,有效避免了界面微裂纹的产生。     

等离子熔覆法制备AlxCoCrFeNi高熵合金微观组织与性能研究

利用等离子熔覆法在Q235基体上制备了Al_xCoCrFeNi(x=1、1.5,x为摩尔分数)高熵合金,对熔覆层的化学成分、相结构、微观组织和显微硬度进行了研究。结果表明:熔覆态高熵合金具有简单的固溶体结构,微观组织为树枝晶,Al含量从x=1增加到x=1.5时,物相组成由FCC+BCC两相转变为单一的BCC相;当x=1.5时,枝晶间有纳米级颗粒析出;Al_(1.5)CoCrFeNi熔覆层与基体呈现良好的冶金结合,界面附近的热影响区由于珠光体脱碳分解而形成了约为80μm宽的铁素体带;随着Al含量的增加,熔覆层的显微硬度从x=1时的478HV增加到x=1.5时的530HV。     

钛合金表面激光熔覆Ni基合金涂层中析出相热力学模拟计算

采用横流CO2激光器在TC4合金表面熔覆Ni基合金涂层,对激光熔覆层的微观组织、析出相、各合金元素在γ-Ni和M23C6相中含量变化进行了研究.结果表明,熔覆层可分为三个区:熔覆区、结合区和基体热影响区.熔覆区由γ-Ni,TiB2,TiC,M23C6和Ni3B相组成,其中,TiB2,TiC和M23C6细小颗粒均匀分布于γ-Ni初晶上,共晶组织由γ-Ni和Ni3B组成.为揭示TC4合金表面激光熔覆Ni基合金涂层在3500～500K温度范围的相组成及组织变化规律,利用Thermo-Calc软件及相应Ni基合金数据库对TC4合金表面激光熔覆Ni基合金涂层凝固过程中各析出相进行了热力学计算分析,研究了熔覆层中γ-Ni,TiB2,TiC,M23C6和Ni3B各相相对含量和B,C,Cr,Fe,Ni,Ti元素在γ-Ni和M23C6相中的含量随温度变化关系,为TC4合金表面激光熔覆Ni基合金涂层成分设计和工艺优化提供理论依据.     

SiC含量对激光熔覆SiC/Ni60A复合涂层显微组织和耐磨性能的影响

利用LDM2500-60半导体激光器在45#钢板上制备SiC颗粒增强Ni60A合金激光熔覆涂层,系统研究SiC含量对涂层的显微组织、稀释率、耐磨性、摩擦因数和显微硬度的作用规律。结果表明:随着SiC含量增加,熔覆表层的微观组织细化,稀释率、耐磨性、摩擦因数和硬度均先增加后降低;当SiC含量为20%(质量分数,下同)时,熔覆层的耐磨性能最佳,磨损量仅为0.0012g,为基体磨损量的1/36.3;摩擦因数最小为0.464,且磨损过程最为平稳;熔覆层平均硬度值最高,达到1039.9HV0.2,为基体的3.5倍;但当SiC含量达到25%时,熔覆层的显微硬度与耐磨性能反而下降。     

TC4钛合金表面冷喷涂制备CuNiIn涂层组织及其微动磨损性能研究

为推动冷喷涂技术在航空防护涂层领域的应用,采用氮气冷喷涂技术在TC4钛合金表面制备了CuNiIn涂层,使用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计和微动磨损试验机对涂层宏/微观组织、显微硬度及微动磨损性能进行了分析。结果表明:越靠近基体,涂层致密性越好,整体涂层孔隙率约为2.8%,涂层微观组织较粉末原始组织有一定细化;涂层硬度值自基体向表面沿厚度方向有增大的趋势,靠近基体一侧硬度平均值为274 HV_2N,靠近表面的涂层硬度稳定在300 HV_2N左右;微动位移较小时,涂层失效机制主要是黏着磨损,磨损形貌为椭圆形,微动位移较大时,以磨粒磨损为主,磨损形貌接近圆形。     

激光熔覆镍基合金层的组织与高温耐磨性能

为了改善304不锈钢工件的高温耐磨性能,利用CO2激光器在其表面熔覆了Ni基高温合金层。研究了熔覆层的物相组成、显微组织、成分分布,测试了其显微硬度、高温耐磨性能等,并与基材进行了对比。结果表明：Ni基合金熔覆层的组织从熔池底部到表层为胞状晶一柱状枝晶一树枝晶;熔覆层的主要组成相是Ni3Cr2,NbC,Mo2C与Cr23C6;Ni基合金粉末中添加难熔元素Cr,Mo,Nb等对熔覆层的组织起到了固溶强化、硬质相强化和弥散强化作用;熔覆层的平均显微硬度达到了405HV,高温耐磨性能是基体的2倍多。     

铜合金表面热喷涂镍基合金层激光重熔后的显微组织及耐磨性能

为了满足工业领域铜合金传热、耐磨、耐腐蚀性能优异的要求,对铜合金表面先等离子喷涂NiCrFeWBC自熔合金层,再进行激光重熔.采用现代分析技术研究了重熔处理对涂层显微组织及耐磨性能的影响.结果表明:等离子喷涂NiCrFeWBC自熔合金涂层重熔后层状组织、孔洞等缺陷完全消失,激光熔覆层与铜基体为冶金结合,涂层致密、组织均匀;熔覆层由表及里依次呈等轴晶、树枝晶及胞状晶形貌,并有WC,W_2C,Ni_3B等颗粒析出;熔覆层磨损性能明显高于铜合金基体及热喷涂涂层,磨损机理为典型的磨粒磨损.     

基底材料对NiCrBSiC合金激光熔覆层组织和磨损性能的影响

采用横流CO2激光在45钢和TC4钛合金表面熔覆NiCrBSiC合金涂层,利用XRD,SEM和TEM分析了激光熔覆层的微观组织,测试了激光熔覆层的硬度和摩擦磨损性能.结果表明,NiCrBSiC合金激光熔覆层的组织和性能与基底材料的种类密切相关.45钢表面激光熔覆层由γ-Ni,Ni3B,Cr7C3和CrB相组成,硬度在HV800～900之间;TC4合金表面激光熔覆层由γ-Ni,Ni3B,TiC和TiB2相组成,硬度在HV900～1100之间.TC4合金表面NiCrBSiC激光熔覆层的摩擦系数和质量磨损率分别低于45钢表面NiCrBSiC激光熔覆层的摩擦系数和质量磨损率.     

Cu-Sn/Fe合金粉末激光熔覆层的组织与硬度分析

为改善Cu基合金涂层与16Mn钢基体的匹配性,提高涂层强度和硬度,采用同步送粉技术,通过工艺优选,在16Mn钢表面激光熔覆了Cu-Sn/Fe基混合合金粉末,并研究了制备的熔覆层组织、颗粒物的相结构、尺寸和弥散分布行为.结果表明,激光熔覆层为树枝晶组织和网状组织及其上分布的σ-FeCr球形颗粒相.颗粒相σ-FeCr对提高熔覆层硬度起到一定的作用.熔覆层、热影响区和基体中,熔覆层硬度最高,进入基体后,硬度值突降,故熔覆层起到表面强化的作用.     

激光熔覆Fe60Nb20Ti20非晶合金粉末及组织性能研究

采用激光熔覆工艺在45钢表面对Fe60Nb20Ti20非晶合金粉末进行不同工艺参数熔覆试验,获得无裂纹且呈冶金结合的涂层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机对涂层的微观形貌、组成相、显微硬度和摩擦磨损性能进行分析。结果表明,涂层组织为细小的α-Fe过饱和固溶体等轴晶和少量的非晶相。涂层平均硬度为857HV,为基体材料的4倍,耐磨性也明显优于基体材料。