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)。     

激光熔覆多道搭接成形质量与效率控制方法

目的揭示激光熔覆工艺参数对多道搭接成形质量与效率的耦合作用规律,提高多道搭接熔覆层表面与内部组织质量及成形效率。方法采用响应面中心复合设计建立激光功率、扫描速度、气流量和搭接率与多道搭接表面平整度、熔覆效率及气孔面积之间的数学模型,通过方差分析及检验指标,验证了所建立数学模型的正确性。结果激光功率和气流量对表面平整度的值影响并不显著。表面平整度的值与扫描速度、搭接率成反比;搭接率对熔覆效率的影响较为显著,搭接率的增大使熔覆效率减小;四个工艺参数对于气孔面积都有不同程度的影响,适当增大搭接率和减小扫描速度可以减小熔覆层气孔面积。以表面平整度最好、熔覆效率最高和气孔面积最小为目标优化工艺参数,通过试验获得表面平整度、熔覆效率、气孔面积预测值与实际值的误差分别为1.36%、6.12%、7.89%,进一步验证了该模型的准确性。结论该研究成果为多道熔覆涂层质量、熔覆效率的控制与预测以及工艺参数的优化提供了理论依据。     

不同堆积方式对TC4合金多层熔覆层质量影响的研究

为探究扫描路径和堆积方式对TC4(Ti-6Al-4V)合金多层激光熔覆层质量的影响,采用IPG光纤激光器和侧向送粉系统,在TC4合金表面进行多层激光熔覆试验。熔覆粉末选用Ni60A自熔性合金粉末,送粉电压选择10V,多道搭接率选择45%。采用设计的三种不同堆积方案进行熔覆试验。方案一:每层选择热搭接的扫描方式进行逐层堆积;方案二:单数层选用热搭接的扫描方式,双数层选用和单数层方向垂直的扫描方向进行逐层堆积;方案三:每层选用热搭接的扫描方式,熔覆完成后再进行一次激光重熔,逐层堆积。结果表明,方案二得到的熔覆层表面最平整,洛氏硬度最高;方案三得到的熔覆层表面光滑,硬度较高,但是熔覆层表面裂纹较多。     

激光重熔对材料表面激光熔覆层的影响

熔覆层中的裂纹是激光熔覆技术应用的主要障碍。为了提高熔覆层的性能,抑制裂纹扩展,采用CO2激光器在45钢表面激光熔覆了Ni25合金粉末,然后采用不同工艺参数对熔覆层进行激光重熔处理研究。实验结果表明,激光重熔能够减少熔覆层中的裂纹和气孔,使熔覆层表面变的平整,颗粒状组织消失。较慢的激光扫描速度更有利于降低熔覆层的残余应力,减少缺陷。激光重熔后材料表面的显微硬度有所降低。研究结果对激光熔覆技术的应用具有实用价值。     

强流脉冲电子束作用下激光熔覆NiCoCrAlYSi涂层组织与性能

利用激光熔覆(Laser cladding, LC)技术在镍基高温合金表层制备NiCoCrAlYSi涂层,随后利用强流脉冲电子束(High current pulsed electron beam,HCPEB)技术对熔覆层表面进行辐照处理。利用X射线衍射仪(X-ray diffraction, XRD)、扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy, SEM)等仪器观察HCPEB辐照前后激光熔覆层微观结构演变,并对比分析熔覆层表面显微硬度。结果表明:激光熔覆层主要由γ/γ′相构成,表面存在较多孔隙并具有典型的枝晶偏析现象;HCPEB辐照处理后熔覆缺陷消失,表面发生重熔并形成致密的重熔层,且重熔层厚度随辐照次数的增加而逐渐增加。此外,辐照表面诱发产生交滑移及纳米晶结构。表面显微硬度结果显示,HCPEB辐照处理后熔覆层表面硬度显著高于原始样品硬度。     

激光熔覆316L涂层晶粒生长取向与形貌对其耐蚀性能的影响

目的 表征316L激光熔覆层的晶粒取向、形貌与其耐蚀性之间的关系,阐明晶粒形态对316L熔覆层耐蚀性能的影响原理。方法 在Q235钢板上激光熔覆制备搭接率为20%、35%、50%的316L不锈钢熔覆层,获得具有不同取向与含量柱状晶的熔覆层。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、电化学工作站对熔覆层的显微组织、元素分布、物相组成及耐蚀性能进行表征。结果 熔覆层的晶粒形态和耐蚀性能受到搭接率影响。熔覆层因搭接发生部分重熔和回火,产生了横向柱状晶,随着搭接率从20%增大至50%,横向柱状晶含量从25%提升到41%。搭接率不影响熔覆层物相组成,熔覆层主要物相均为γ相。横向柱状晶含量在38%和41%时的熔覆层自腐蚀电流密度较25%含量的熔覆层下降1个数量级,分别为3.73、1.34μA·cm^–2,熔覆层耐蚀性能随横向柱状晶含量的增加而提升。结论 熔覆层物相与搭接率无关,但搭接率会导致熔覆层晶粒生长取向与形貌发生变化：随着搭接率的增大,晶粒由等轴晶转变为横向柱状晶。横向柱状晶降低了腐蚀性介质的传输效率,导致熔覆层耐蚀性大幅度提升。     

扫描路径对单层激光熔覆层质量影响的研究

为探究四种不同扫描路径对熔覆层质量的影响,在TC4(Ti-6Al-4V)钛合金表面进行多道单层激光熔覆试验。熔覆粉末为Ni60A自熔性粉末,工艺参数为激光功率500 W、送粉电压10 V、扫描速度2 mm/s、多道搭接率45%,扫描路径为实验设计的四种不同的扫描路径:热搭接、两种不同方式的冷搭接和回形搭接。结果发现,在冷搭接和回形搭接的扫描方式下得到的熔覆层表面相比于热搭接平整度较差。热搭接得到的熔覆层表面最平整,平均洛氏硬度最高。冷搭接熔覆层显微硬度最高,而回形搭接熔覆层显微硬度最低。     

激光重熔对TC4钛合金表面Al2O3-ZrO2激光熔覆层形貌组织、元素分布和裂纹敏感性的影响

目的 减少裂纹数目,改善TC4合金基体表面激光熔覆涂层的表面形貌和裂纹敏感性。方法 采用激光重熔工艺对激光熔覆后的熔覆层进行后处理。通过有限元与试验相结合的方法,研究激光重熔处理对Al2O3-ZrO2熔覆层表面形貌、组织演变及裂纹敏感性的影响规律,并探讨其影响机理。激光熔覆完毕后,再次进行激光扫描,得到重熔涂层,并采用扫描电镜和维氏硬度计对激光熔覆与激光重熔涂层的熔覆形貌、微观组织、裂纹情况、元素分布及断裂韧性进行观察与测试。结果 有限元仿真结果表明,熔覆涂层从热影响区到熔覆层顶部的温度由660.23 ℃升至3 122.3 ℃,激光重熔涂层温度则是由927.61 ℃升至2 772.9 ℃。此外,重熔涂层在Z方向上的残余应力明显下降,且残余应力曲线平缓,应力梯度较小。激光重熔工艺可以明显缓解熔覆涂层结合区的温度梯度和残余应力。通过对涂层进行观察检测发现,激光重熔涂层表面起伏状况得到缓解,表面裂纹数目减少。重熔涂层平面晶数量较少,组织致密,使得裂纹发生穿晶扩展,裂纹扩展能量不断消耗,有效阻碍了裂纹延拓。激光重熔工艺可以均化元素分布,使重熔涂层的断裂韧性提升至9 MPa.m^1/2以上,有效提高了涂层的断裂韧性,改善裂纹的敏感性。结论 通过激光重熔,熔覆层表面起伏变小,裂纹数目明显减少,断裂韧性和结合强度得到明显提高。     

27SiMn液压支架立柱的激光熔覆多道搭接工艺研究

大面积激光熔覆是经由多道搭接成形的,且矿用液压支架立柱的激光熔覆加工规模较大。但是,激光熔覆产生的气孔、夹渣、开裂已经成为凸显的行业基础共性问题,为控制不锈钢立柱的熔覆性能,减少气孔、夹渣、开裂等熔覆缺陷,以27SiMn材质的液压支架立柱为基体,开展大面积激光熔覆工艺多道搭接控制研究,深入探讨多道搭接熔覆的搭接区及其对耐腐蚀性能的影响,并通过调整熔覆步距进行多道搭接工艺试验,分析了熔覆平整度、稀释率对立柱成品的影响,以及熔覆层金相组织结构。结果表明:搭接区存在组织结构差异,容易存在气孔、砂眼等缺陷,立柱表面经机械加工后显露的搭接线周围是防腐蚀薄弱区,应该严格执行标准化工艺以保障该区域性能;熔覆平整度需要控制在0.03 mm以内;稀释率控制在10%以内的熔覆层组织结构平整均匀、与基体之间是冶金结合。     

搭接率对TC4表面Ni60A熔覆层组织性能的影响

利用激光熔覆同轴送粉技术,在TC4钛合金表面制备了多道搭接的Ni60A激光熔覆层。利用SEM、硬度测试及摩擦磨损试验,对多道搭接率(30%、40%、50%、60%和70%)下熔覆层的组织性能进行了分析。结果表明:搭接率对Ni60A熔覆层的组织性能影响较大,搭接可实现涂层的二次加热,当搭接率为50%时,涂层中硬质相TiC的尺寸增大,TiNi的含量增多,可有效提升涂层的硬度,抵抗对磨小球剪切力,其表面不易被破坏,涂层的表面较为光滑,可极大程度降低涂层的摩擦因数。当搭接率为30%时,晶粒无法充分吸收激光能量,导致晶粒尺寸较小;当搭接率过高时,涂层中的B、C、Ni等元素会随着过烧而稀释,导致涂层的增强元素流失,降低了涂层的力学性能,因此,Ni60A熔覆层最适宜的搭接率为50%。     

TC11合金多道激光熔覆温度场及涂层性能研究

为增强钛合金耐磨性,利用多道搭接激光熔覆工艺在TC11表面制备CBN涂层。基于ANSYS软件平台,对熔覆温度场进行分析。对涂层的平整度与耐磨性进行研究。结果表明:温度场的形状类似于单道熔覆时的形状,呈扁圆形。此时温度场的分布不以光斑中心对称,温度场偏向一侧。由于有预热作用,熔覆升温要比降温快,且熔覆后一道次熔覆层上的最高温度要高于前一道次。随激光功率、送粉率和搭接率的增大,表面变得不平整。随扫描速度的增大,涂层面积变小,但表面平整度较好。熔覆层试样的磨损失重远远小于基体。随载荷的增加,熔覆层磨损量变化不大,而基体磨损量增加。     

激光熔覆滑靴材料基体熔覆层裂纹的产生机理

采用两层熔覆方式的激光熔覆技术在27SiMn钢表面熔覆铁基合金粉末,其激光工艺参数为:激光功率2300 W、熔覆速度16 mm/s、搭接率0.5。借助于光学显微镜和扫描电镜,从熔覆层厚度、组织形貌、析出相、元素偏析及裂纹扩展等方面,研究了裂纹产生机理。结果表明:元素偏析在熔覆层与基体的过渡区较为明显;熔覆层与基体的过渡区厚度大于第一层熔覆层与第二层熔覆层的过渡区的;激光熔覆过程中第一层熔覆层底部产生有较强取向性的粗大枝晶组织,裂纹易于在其上产生扩展且断裂类型为穿晶断裂。     

激光熔覆Inconel718合金裂纹分析及裂纹控制研究

目的 针对K418合金表面激光熔覆裂纹萌生、元素偏析等难题,探究裂纹萌生与元素偏析之间的关系,利用后处理工艺进行裂纹的修复及偏析现象的控制。方法 在K418合金表面激光熔覆了Inconel718合金,以基体及熔覆材料的热物性参数和界面元素匹配性为出发点,对熔覆中裂纹的敏感性进行了分析。结果 合金元素的偏析造成了裂纹的萌生与扩展。基体热影响区裂纹的形成与热影响区内析出的块状碳氮化物有关,熔覆层裂纹与枝晶间析出的不规则链状Laves相有关。采用激光重熔工艺对熔覆层进行了后处理,试验结果表明,重熔后的组织致密,晶粒细小均匀,无裂纹及粘粉等明显缺陷。激光重熔减少了基体热影响区及熔覆层中因元素偏析产生的碳氮化物及Laves相的尺寸及数量,重熔后覆层的摩擦因数为0.55,比重熔前下降了49.5%,具有良好的减摩特性;磨损率为3.15×10-4 mm3/(N?mm),比重熔前下降了37.5%,耐磨性能得到提升。结论 激光重熔技术可以愈合K418激光熔覆Inconel718合金的裂纹,并显著降低涂层的元素偏析程度。     

多维高频振动对激光熔覆成形几何形貌的影响研究

目的 面向激光表面改性及再制造发展需求,针对激光熔覆过程控形问题,揭示多维振动对激光熔覆涂层几何形貌及多道搭接成形质量的作用机制。方法 开展多维振动辅助激光熔覆成形316L涂层实验研究,对单道及多道激光熔覆层横截面形貌进行分析。采用多物理场有限元分析软件,建立多维振动辅助激光熔覆成形模型,并分析熔覆层表层温度梯度。结果 数值模拟表明,施加二维振动后,熔池表面流速提高了31.00%,表面流速的提高促进了熔池向外扩展,最高温度梯度减小39.08%,熔覆层横截面几何形貌因温度和流速的变化发生了明显改变。实验结果表明,相比于无振动作用,在一维、二维、三维振动作用下,熔高分别减小了18.97、33.94、44.50 μm,熔宽分别增加了27.70、36.90、63.34 μm,润湿角最高降低了23.42%。在多道搭接过程中,润湿角增大到某一阈值时,部分搭接区域因吸收激光能量不足而使该处不发生熔化,粉末熔化后难以完全填充角落,致使激光多道熔覆时的熔覆层底部产生气孔,成形质量降低。施加多维振动通过降低润湿角,可以减小多道熔覆中的气孔发生率。结论 多维振动通过影响温度梯度有效改善了熔覆层的润湿性,减少了熔覆层气孔的发生率,提高了熔覆层的成形质量。     

激光熔覆铁基合金的单层多道搭接工艺研究

在单道试验的基础上对铁基合金单层多道搭接工艺进行了研究。建立了激光熔覆多道搭接的理论计算模型,计算并修正搭接理论值。分析了搭接率对熔覆层的表面成形质量和微观组织的影响。得到了合适的搭接率56%,验证了熔覆层的显微硬度与材料的本身硬度相符合。     

激光熔覆改善材料性能的研究进展

阐述了采用激光熔覆进行表面改性的研究进展,主要从激光熔覆提高基体材料的耐磨、耐蚀、抗氧化性等方面进行介绍。并将其与传统的热喷涂表面改性方法进行了对比。同时介绍了激光熔覆技术的应用现状。总体而言,激光熔覆层与基体呈冶金结合,结合强度高;熔覆层的厚度可控制;激光熔覆层气孔少、组织致密。     

激光熔覆多道搭接成形及粉末利用率

针对曲面基体激光熔覆多道搭接成形质量及粉末有效利用率问题，采用响应面中心复合设计方法，构建工艺参数与响应输出之间的数学模型，分析工艺参数与多道搭接激光熔覆层平整度、稀释率和粉末利用率之间的影响关系，以获得多道搭接激光熔覆的最佳工艺参数。结果表明：平整度随着激光功率和气流量的增加而减小，随着扫描速度和搭接率的增加而增大；稀释率随着激光功率的增加而增大，随着扫描速度的增加先减小后增大，随着搭接率的增加而减小；粉末利用率随着激光功率的增加而增大，随着扫描速度和搭接率的增加而减小。以平整度大于0.75、稀释率为10%、粉末利用率最大为目标，并基于数学模型对工艺参数进行优化与预测，得到最佳工艺参数为激光功率为1.800 kW、扫描速度为7.000 mm/s、气流量为10.000 NL/min、搭接率为22.744%。以最佳工艺参数制备的熔覆层的平整度、稀释率和粉末利用率与模型预测结果的误差分别为4.645%、3.332%和6.140%,证明了模型多目标优化的准确性。     

激光熔覆Ni基合金耐磨性能

为了有效延长材料和设备的使用寿命、改善其表面状态,使其性能更好地发挥;探讨激光扫描速度对熔覆层耐磨性的影响;对比单道和大面积激光熔覆层的耐磨性。采用CO2激光器及LASERCELL-1005六轴六联动三维激光加工机床在40Cr钢上进行激光熔覆处理。利用X射线衍射仪、显微硬度计、磨料磨损试验机等设备对熔覆层硬度、耐磨性能进行研究。结果表明:激光熔覆层的显微硬度HK在4200～17792MPa之间;随扫描速度的的增加,激光熔覆涂层的最高硬度及耐磨性呈现先升高后降低的趋势;大面积激光熔覆层的硬度、耐磨性能不及单道激光熔覆层,原因在于大面积激光熔覆过程中受到重复加热的影响,易使硬度下降并产生裂纹;多层叠加熔覆涂层的硬度及耐磨性能优于多道搭接熔覆涂层。     

激光重熔对高速激光熔覆Ni625合金涂层组织和耐蚀性的影响

利用高速激光熔覆在2Cr13钢基体表面制备了Ni625合金涂层,并对涂层进行了激光重熔处理。采用粗糙度仪、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线残余应力仪、电化学工作站及盐雾试验等分析了激光重熔前后涂层的宏观形貌、微观组织、残余应力及耐蚀性能。结果表明：激光重熔后,涂层表面粗糙度降低到1.76μm,降幅达86%,熔覆层更趋致密且表面平整度提升明显;激光重熔后涂层近表面区域的树枝晶间距减小,晶粒明显细化,重熔后熔覆层中的物相不变,主要由γ-(Ni, Fe)韧性相、Cr₂Ni₃相及少量M₂₃C₆硬质相构成;重熔前后涂层表面均为压应力,重熔态涂层表面的残余压应力水平略有下降;重熔态涂层的自腐蚀电位比基体提高约0.243 V,比熔覆态涂层提高约0.121 V;基体、重熔前后涂层试样的容抗弧半径和阻抗模值依次增大;经过96 h盐雾腐蚀试验后,重熔态涂层的质量损失率与基体和熔覆态涂层相比分别降低了94.1%和66.8%;分析认为重熔态Ni625涂层耐蚀性的提高归因于激光重熔处理后...     

多道激光熔覆铁基合金的组织和性能

在球铁基体上激光熔覆铁基合金，对多道搭接时激光熔池的凝固速率、“二次加热”效应以及熔体的对流行为对搭接熔覆层组织、成分、性能的影响进行了分析。结果表明，搭接熔覆获得的熔覆层组织随扫描次序前后而粗大，稀释率逐渐增加，硬度值相应降低。搭接熔覆层组织分界不明显，与基体结合处为波形界面，达到冶金结合。