球墨铸铁轧辊表面镍基激光合金化层及其磨损性能

采用激光合金化技术在球墨铸铁QT600-3表面制备镍基合金强化层,通过XRD、SEM和摩擦磨损试验等研究了不同激光扫描速率对合金化层物相、微观结构、力学性能、常温和高温摩擦学性能的影响,并使用Raman光谱仪对磨痕进行分析。结果表明:Ni合金化层与基体冶金结合好、显微硬度高(高达720 HV0.1)、高温摩擦因数低至0.305、高温磨损率低至7.55×10^-6 g·N^-1·m^-1。随着扫描速率的增加,显微组织更加致密,显微硬度先升高后降低,700 ℃耐磨性能提高,但合金化层裂纹率增加。高温摩擦磨损过程中,合金化层的磨损机制以磨粒磨损为主,同时还存在疲劳磨损和氧化磨损。同时,扫描速率的增加可细化晶粒和提高显微硬度。而Ni合金化层表面在高温摩擦过程中形成的氧化产物和碳化物在高温下会对提高其耐磨性能产生积极作用。     

45钢激光氮合金化涂层的组织性能及工艺优化

利用激光合金化技术在45钢表面制备了氮合金化层,并采用正交试验法优化了合金化工艺参数,采用OM、XRD、显微硬度计和摩擦磨损试验机等手段研究了优化工艺处理后的合金化层的组织及性能。结果表明,随激光功率和扫描速度增大,合金化层硬度呈先增后降的趋势,在1.0 kW和500 mm·min^-1时硬度分别达到最大值782 HV0.3和725 HV0.3,随着搭接率的增加,合金化层硬度逐渐下降,其最优工艺为:激光功率1.0 kW、扫描速度500 mm/min和搭接率30%;经最优工艺处理后的合金化区组织由γ-(Fe,N)、γ-(Fe,C)、针状马氏体、γ′(Fe₄N)、ε(Fe₂N)以及Fe₃C等固溶体和化合物组成,以柱状晶和胞状晶为主,厚度约为120 μm,平均硬度约为816 HV0.3,热影响区组织由少量针状马氏体以及残留奥氏体等组成,厚度约为200 μm,硬度由768 HV0.3到242 HV0.3呈梯度分布;合金化层的摩擦因数约为0.4827,磨损率为8.218×10^-15 m³·N^-1·m^-1。     

纳米NbC对低碳钢等离子喷焊铁基合金层组织和耐磨性的影响

采用等离子喷焊技术在Q235低碳钢表面制备了不含和含1%、3%和5%纳米NbC(质量分数)的铁基合金层。采用X射线衍射(XRD)、光学金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)检测了喷焊层的显微组织、相组成、微区成分及磨损试验后的形貌,测定了喷焊层的硬度梯度,采用摩擦磨损试验机和台阶仪检测了喷焊层的耐磨性能。结果发现:铁基合金层主要由α-Fe、γ-Fe和(Cr,Fe)_3C组成,纳米NbC添加量从1%增加至5%,喷焊层的显微组织发生明显细化,硬度和耐磨性能均明显提高。含5%纳米NbC的喷焊层表面硬度最高(达720 HVO.3),摩擦因数最小(0.57),磨痕最浅(17.93μm),磨损机制从疲劳剥落转变为磨粒磨损。纳米NbC的加入有助于提高低碳钢喷焊的铁基合金层的硬度和耐磨性。     

铁基合金等离子弧喷焊层组织及耐磨性研究

使用PT-40002ST型等离子弧喷焊设备,在45钢表面制备含有不同含量WC颗粒的铁基合金粉末喷焊层,并分别对喷焊层进行显微组织观察、显微硬度测试及摩擦磨损试验。研究结果表明:随着WC含量的增加,第二相增多;喷焊层的平均显微硬度较45钢的提高约2.5倍,且喷焊层表层硬度先提高后降低;当铁基合金粉末中w(WC)为10%时,喷焊层表层的显微硬度值最高,且耐磨性最好,耐磨性较不加WC时提高了约1倍,磨损机理以黏着磨损和磨粒磨损为主。     

SUJ2表面等离子Cu合金化层的组织及摩擦性能研究

为提高SUJ2的减摩效果和耐磨性,利用等离子束表面合金化技术在SUJ2表面制备Cu颗粒合金化层,研究了不同主弧电流(70、90、110 A)对合金化层的组织与摩擦性能的影响。结果表明:低电流下,无合金化层形成,热影响区的显微组织主要为隐晶马氏体、残余奥氏体和球状碳化物;随着电流增大,出现合金化层,组织为片状马氏体和残余奥氏体,并伴随Cu颗粒溶入。通过显微硬度测试发现合金化层硬度相比于基体硬度提高约4倍。由磨损试验可知,室温下与基体试验相比,合金化试样的摩擦因数降低约29.7%~42.8%,磨损机制主要为磨粒磨损和少量粘着磨损。综合比较各个试样的显微硬度和摩擦因数,主弧电流为90 A时试验的摩擦性能最佳。     

45钢激光合金化Mo1B9Crx涂层的组织及性能

通过激光合金化技术在45钢基体上制备Mo₁B₉Cr_x合金化涂层,研究了Cr含量对涂层组织性能的影响。结果表明,Mo₁B₉Cr_1.1涂层最佳激光合金化工艺为激光功率3.3 kW,扫描速度900 mm/min,搭接率30%;在此工艺条件下,涂层与基体呈良好的冶金结合,无孔洞和裂纹,合金化区组织为Fe-Mo、Fe₂B、Fe-Cr、Cr₂B、Cr_xFe_y固溶体和化合物;随Cr含量从1.1%增加到23.3%,涂层硬度、摩擦因数、磨损率逐渐减小;当Cr含量为1.1%时,涂层硬度最大,为1005 HV0.1;当Cr含量为23.3%时,其耐磨性能最好,摩擦因数为0.475,磨损率为0.574×10^-14m³/(N·m),涂层磨损形式主要是磨粒磨损和粘着磨损结合的形式。     

等离子熔敷铁基合金涂层组织和性能

分析不同成分下铁基合金熔敷层的组织和性能,为工业应用奠定基础。采用等离子喷焊设备制备铁基合金熔敷层,并对表面渗透探伤,检验表面裂纹。采用火花直读光谱仪检测熔敷层化学成分,分析化学成分对显微组织的影响。采用洛氏硬度计及销盘式摩擦磨损试验机检测硬度及磨损失重,分析显微组织对硬度及耐磨性的影响。结果表明,当Creq/Nieq值为0.26时,熔敷层表面出现裂纹。Creq和Nieq影响熔敷层显微组织,基体以奥氏体为主。5种合金堆焊层硬度均大于40 HRC,并且Creq/Nieq值与硬度及耐磨性没有线性关系。随着硬度的增加耐磨性提高,Fe5的耐磨性最好,磨损失重只有3.65g。但当硬度达到59 HRC时,耐磨性降低。因此熔敷层的化学成分特别是w(C)决定了显微组织,w(C)的增加使熔敷层出现M_7C_3等硬质相,硬度及耐磨性提高,当硬度达到一定值时,出现裂纹,硬质相易脱落,导致耐磨性下降。     

TiC含量对激光合金化层组织和耐磨性的影响

以亚微米级TiC和WC作为陶瓷硬质相,自制的合金粉末作为粘结相,采用激光表面合金化技术在球墨铸铁表面制备出高硬度、耐磨的合金化层.利用扫描电子显微镜(SEM)、EDAX能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等分析测试手段对不同TiC含量下的合金化层的显微组织和物相构成进行了分析,并对合金化层进行了硬度和摩擦磨损性能测试.结果表明,随着涂料中TiC含量的增加,合金化层中碳化物硬质强化相逐渐增多,合金化层的硬度和耐磨性也逐渐提高.当TiC含量为40%时,合金化层的性能较好,平均显微硬度可达1097 HV0.2,其磨损量仅为基材球墨铸铁的1/9.     

钴基合金等离子堆焊层组织及耐磨性研究

采用等离子堆焊方法在Q235钢表面制备钴基合金焊层,利用环块式摩擦磨损试验机进行堆焊层的干摩擦磨损实验,采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪及显微硬度计研究了堆焊层的组织和性能。结果表明,堆焊层组织主要由树枝状的γ-Co固溶体和由γ-Co固溶体与M7C3(M=Cr﹑W﹑Fe)碳化物形成的共晶组织组成。自堆焊层至基体,硬度降低。随载荷增加堆焊层的摩擦因数减小,剥层磨损为堆焊层的主要磨损方式。     

AlN对铁基合金等离子喷焊层组织和摩擦磨损性能的影响

目的 加入AlN提高铁基合金的摩擦磨损性能。方法 采用PTA-400E3-HB等离子喷焊设备在Q235钢表面制备添加AlN的铁基合金喷焊层。通过光学显微镜、扫描电镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）研究喷焊层的组织和相结构。利用显微硬度计、摩擦磨损试验机和台阶仪对喷焊层的硬度和摩擦磨损性能进行测试。结果 添加AlN的喷焊层主要物相为α-Fe、γ-Fe和(Fe,Cr)7C3。未添加AlN的喷焊层由等轴晶组成,添加AlN的喷焊层呈现柱状树枝晶,且随AlN量增加,树枝晶组织愈加粗大。添加1%AlN喷焊层的平均显微硬度最高,为(890.1±46.8)HV0.3,比铁基喷焊层的显微硬度高131.6HV0.3;当AlN含量增加,未转变奥氏体量增加,导致喷焊层的硬度降低。加入AlN的喷焊层的摩擦系数均降低,摩擦系数稳定在0.40~0.57之间。当AlN添加量为3%时,喷焊层的磨损形貌最光滑,磨损率为1.15×10-14 m3/(N?m)。添加AlN后,喷焊层的磨损机理从之前的粘着磨损变为磨粒磨损。结论 添加AlN能提高铁基喷焊层的摩擦磨损性能。     

MAO电压对TC4合金氧化膜层摩擦磨损性能的影响

通过微弧氧化技术(Micro-arc oxidation, MAO)对TC4合金进行表面处理,探究了不同MAO电压对TC4合金氧化膜层摩擦磨损性能的影响。使用激光共聚焦显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计及高温真空摩擦磨损试验仪对膜层形貌、相成分、硬度以及摩擦学性能进行了测试。结果表明:随着MAO工作电压的升高,MAO-TC4合金表面膜层中锐钛矿型TiO₂和金红石型TiO₂的含量随之增加,其表面粗糙度、显微硬度以及平均摩擦因数亦随之增大,磨损率先降低后增大。当MAO工作电压为280 V时,磨损率最小,为2.8 mg/cm²,摩擦磨损性能最佳。     

Ti6Al4V合金激光熔覆Ni基自润滑涂层的组织和性能

利用光纤激光器在Ti6Al4V合金基体表面制备了Ni25为基体和Ni包MoS₂为润滑剂的Ni基自润滑涂层,通过FESEM、XRD、硬度测试仪和摩擦磨损试验机研究了熔覆层的显微组织、物相组成和摩擦性能。结果表明,熔覆层表面主要以“花瓣”状组织以及少量的树枝晶组成,界面处的组织主要是以树枝晶为主,还有少量的等轴晶粒。熔覆层中形成了NiTi、NiTi₂等金属化合物以及其它一些化合物,这些强化相的形成有效地提高了熔覆层的表面硬度,由基体的180~200 HV0.3提高到了表层的430~530 HV0.3。同时随着Ni包MoS₂含量增加,表层的硬度会有所下降。此外,当MoS₂加入量为5%和10%时摩擦因数较大,加入量达到15%时摩擦因数有所降低,同时,熔覆层的磨损率也从5%时的7.49×10^-7 mm³·N^-1·m^-1降低到15%时的3.29×10^-7 mm³·N^-1·m^-1。     

Microstructure and wear resistance of Fe-based and Co-based coating of AISI H13

Fe-based and Co-based cladding layers were prepared on the surface of AISI H13 hot die steel by laser cladding technology. The microstructure, hardness and abrasion resistance of the two cladding layers were studied by means of optical microscope, scanning electron microscope, rockwell hardness tester, and high temperature friction and wear tester. Also, the red hardness of the cladding layers was measured, after holding the layers at 600 ℃ for 1 hour by muffle furnace and repeated 4 times. The rockwell hardness values of the substrate, the Fe-based and the Co-based alloy coating measured were HRC 47, HRC 52 and HRC 48, respectively. The red hardness values of the substrate and the Fe-based cladding layer were decreased, while that of the Co-based cladding layer was increased. The Co-based cladding layer has the minimal wear loss weight and friction coefficient among them. The wear mechanisms of the substrate, the Fe-based layer and the Cobased layer attribute mainly to abrasive wear, adhesion wear, and both of them, respectively.     

扫描速度对激光熔覆Ni基WC合金涂层组织与性能的影响

在45钢表面激光熔覆镍基WC合金涂层,分析扫描速度对熔覆层的成型、组织和性能的影响。采用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度仪和摩擦磨损试验机对熔覆层的显微组织、化学成分、相组成以及耐磨耐蚀性进行分析测试。结果表明,熔覆层组织致密,与基体有良好的冶金结合。扫描速度增大,熔覆层出现裂纹的倾向增大,底部柱状晶外延生长层宽度减小,组织晶粒细化,相组成种类几乎没有变化,显微硬度增大,耐磨耐蚀性提高。当扫描速度为200 mm/min时得到成型性及耐磨耐蚀性优良的熔覆层。     

超音速火焰喷涂Fe基非晶合金涂层材料的摩擦磨损性能研究

目的通过优化涂层制备工艺,制备致密的Fe基非晶合金涂层,以提高非晶合金涂层的耐磨性。方法采用活性燃烧高速燃气超音速火焰喷涂(AC-HVAF)技术,通过工艺优化,制备了组织致密的Fe基非晶合金涂层。利用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、维氏显微硬度计、摩擦磨损试验机、三维光学轮廓仪等设备,对非晶合金涂层的组织结构、摩擦性能和磨损机制进行了深入分析。结果 Fe基非晶合金涂层呈现典型的非晶结构,涂层厚度在300μm左右,涂层的平均显微硬度值高达1000HV0.1。在干摩擦试验条件下,Fe基非晶合金涂层的磨损量远低于304不锈钢材料,磨损率是304不锈钢基体的1/3~1/2。Fe基非晶合金涂层的磨损机制以疲劳磨损为主,伴随着氧化磨损。氧化磨损主要是由干摩擦过程中产生的摩擦热导致,氧化磨损加速了片层剥落。结论 Fe基非晶合金涂层孔隙率的降低和非晶相含量的提高,有利于稳定摩擦系数和改善涂层的耐磨损性能。     

超细VC对激光熔覆H13合金显微组织和耐磨性的影响

目的 通过添加超细VC颗粒改善Q235合金表面激光熔覆H13涂层的显微组织,并提高其耐磨性.方法 利用激光熔覆技术在Q235表面制备了H13/VC复合涂层,利用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪以及摩擦磨损试验仪,研究了超细VC颗粒不同添加量对涂层微观结构、显微硬度和摩擦磨损性能的影响.结果 激光熔覆H13/VC复合涂层...     

扫描速度对激光熔覆Al基非晶复合层组织与性能的影响

目的在5083铝合金表面激光熔覆制备Al-Ni-Y-Co-La非晶复合熔覆层,并研究扫描速度对熔覆层组织与性能的影响规律。方法采用YAG:Nd激光器,在扫描速度分别为200、300、400 mm/min下制备Al基非晶复合层,并采用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、硬度仪、摩擦磨损试验机观察熔覆层微观组织及测试其显微硬度及耐磨损性能。结果熔覆层主要由α-Al相、Al3Y及Al4Ni Y等金属化合物相组成。随着扫描速度的增加,熔覆层组织由粗大的条(柱)状晶向细小的等轴晶转变,当扫描速度大于300 mm/min时,熔覆层内存在部分非晶复合区域。熔覆层平均显微硬度大于250HV0.1,当扫描速度为300 mm/min时,熔覆层显微硬度最高达300HV0.1。低载荷下,扫描速度为200、300、400 mm/min时的熔覆层和基体的平均摩擦系数分别为0.384、0.288、0.304、0.571,平均磨损体积分别为7.586×10~7、2.516×1~07、5.027×10~7、45.638×10~7μm3,熔覆层平均摩擦系数和磨损体积较5083基体均显著降低。结论采用激光熔覆技术能够制备Al基非晶复合层。当扫描速度为300 mm/min时,熔覆层具有最佳的成形性和耐磨损性能;当扫描速度进一步增大至400 mm/min时,熔池拖带基体翻卷上浮导致成分严重偏析,使熔覆层的成形性和耐磨损性能下降。     

激光重熔Ni60/50%WC复合涂层的制备及性能

为消除Ni60/50%WC复合涂层的裂纹及孔洞等缺陷,采用CO₂激光器在45钢表面进行激光熔覆+重熔处理,利用商用着色探伤剂显示涂层裂纹,通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM/EDS)分析涂层的微观组织结构,采用显微硬度计及摩擦磨损试验机等测试复合涂层的硬度和耐磨性能。结果表明,激光重熔能达到二次排渣排气、愈合裂纹,改善表面粗糙度的目的;使用3.0 kW 的激光功率,350 mm/min的扫描速度,50%搭接率,5 g/min送粉量激光熔覆,辅以1.5 kW重熔功率,300 mm/min扫描速度,50%搭接率的重熔可以获得无裂纹的涂层;激光重熔能改善涂层组织的不均匀性,提高熔覆层的结晶度和致密性;重熔前后涂层的平均显微硬度分别为740.07和700.02 HV0.2,平均摩擦因数分别为0.475和0.462,磨损率分别为4.223×10^-15和4.874×10^-15 m³/(N·m)。