激光熔覆技术的研究现状与发展趋势

介绍了激光熔覆技术的特点、工艺,综述了目前制备激光熔覆涂层所采用的主要材料体系,分析了激光熔覆技术在工业中的应用,指出了激光熔覆存在的问题和今后努力的方向.     

激光熔覆工艺参数对熔覆层组织和性能的影响

在45钢表面进行激光熔覆WC-12Co合金涂层的试验,利用SEM对熔覆层的微观组织进行了分析,测试了熔覆层的显微硬度.结果表明,激光工艺参数对熔覆层的组织和硬度有很大影响,随能量密度的增加,熔覆层的显微硬度降低.激光功率不同,对流作用不同,激光功率较大,熔池中合金元素的分布比较均匀.     

采用放电等离子烧结法制备ZrB_2-YAG-Al_2O_3复相陶瓷

ZrB2具有优良的物理特性和化学稳定性而应用于许多领域,但ZrB2难以烧结致密。通过共沉淀法获得包覆式Al2O3-Y2O3/ZrB2复合粉体并对其进行放电等离子烧结来提高ZrB2陶瓷的致密度。研究表明:包覆型粉体在700~1000℃时出现一次收缩,然后在1100℃之后出现第二次收缩。根据研究结果得出适宜制备高致密的ZrB2-YAG-Al2O3复相陶瓷的参数为:烧结温度为1700℃,烧结压力为20MPa,保温时间为4min,YAG-Al2O3的添加量为30wt%,用此参数可以成功制备出相对密度大于95%的ZrB2-YAG-Al2O3复相陶瓷,证明通过原料包覆的途径添加YAG-Al2O3可以促进ZrB2-YAG-Al2O3复相陶瓷的烧结致密化。     

背压对等径角挤压成形工艺影响的有限元分析

运用有限元分析法对材料的一道次背压等径角挤压(EACP)过程进行了数值模拟研究,探讨了在不同条件下背压对塑性变形的影响特点。结果表明:背压的影响是有利的,背压扩大了EACP过程塑性变形区域,可以有效地增加试件变形量和变形均匀性,提高了材料塑性应变能力。在施加背压大小不变时,摩擦系数越大、模具内角和外角越小,EACP所需挤压力也越大,对模具结构要求越高。     

粉体包覆技术的研究进展

随着新材料研究的快速发展,对超细粉体提出了更高的要求,表面改性可以给超细粉体带来许多新的特性,其中粉体的包覆技术就是表面改性技术之一.综述了粉体包覆技术的包覆机理,对粉体的包覆技术通过固相、液相和气相进行分类,并概述了每大类的主要技术及其机理和应用.     

超音速火焰喷涂多尺度WC-17Co粉末制备的金属陶瓷涂层的组织结构与性能

在不同氧气流量(322 L/min、402 L/min、482 L/min和543 L/min)条件下,将多尺度WC-17Co粉末(60%(质量分数)纳米WC和40%(质量分数)微米WC陶瓷颗粒)通过超音速火焰(HVOF)喷涂技术在Q235钢基体上制备WC-17Co金属陶瓷涂层。采用扫描电镜(SEM)和X-射线衍射技术(XRD)分别对涂层的组织形貌和物相进行分析,并测试了涂层的硬度值和耐磨损性能。结果表明,随着氧气流量降低,涂层中WC颗粒分解更为严重,在氧气流量为322 L/min时,涂层中WC陶瓷相最少。HVOF喷涂过程中氧气流量对最终形成的涂层中W、W2C与Co3W3C相的含量及涂层的硬度值和耐磨损性能有重要影响,其与前者呈负相关,与后二者呈正相关。当氧气流量控制在543 L/min时,HVOF喷涂形成的涂层中主要物相仍为WC相;通过硬度测试发现,随着氧气流量增加,涂层的硬度值逐渐增加,在氧气流量为543 L/min时,涂层具有最高硬度值((979±52. 9) Hv0. 3)和仅为(6. 6±0. 57) mg的磨损失重量。     

WC/FeAl金属间化合物基金属陶瓷涂层的冷喷涂制备

采用WC/Fe/Al混合粉末,通过机械合金化制备40v0l％ WC/Fe(Al)固溶体复合粉末,利用冷喷涂沉积涂层并结合热处理原位反应制备了WC/FeAl金属间化合物基金属陶瓷涂层.研究了球磨时间对复合粉末相结构、晶粒尺寸及组织结构的影响,并分析了冷喷涂WC/FeAl金属间化合物基金属陶瓷涂层的组织和显微硬度.结果表明,机械合金化可获得WC陶瓷颗粒呈微/纳米多尺度分布的WC/Fe(Al)金属陶瓷复合粉末,球磨36 h的复合粉末基体相平均晶粒尺寸约为90 nm,冷喷复合涂层组织致密、多尺度WC颗粒在基体中均匀弥散分布,涂层显微硬度约为1060 HV0.3,涂层在650℃热处理后发生Fe(Al)固溶体向FeAl金属间化合物的原位转变,制备出了WC/FeAl金属间化合物基金属陶瓷涂层.     

冷喷涂WC-Co涂层的组织结构和性能研究

以微米WC-12Co、纳米WC-17Co和WC-23Co三种团聚烧结粉末为原料,进行冷喷涂沉积涂层实验,通过扫描电镜、X射线衍射仪分别分析了涂层的组织结构和相结构,运用压痕法测定了涂层的显微硬度、弹性模量和断裂韧性,并通过销-盘磨损实验测定了涂层的耐磨损性能.实验表明,三种粉末所沉积的WC-Co涂层均具有致密的组织结构,涂层保持与原始粉末相同的相结构,黏结相Co由于强烈塑性变形发生了同素异构转变,涂层组织无传统层状结构,WC硬质相发生了局部流动和再分布.对于纳米WC-Co涂层,随着黏结相含量增加,涂层硬度和弹性模量降低、断裂韧性增加,相对于316L不锈钢,冷喷涂WC-Co涂层表现出了优异的耐磨损性能,涂层磨损失效机理主要为磨粒对涂层的切削作用.     

粉末制备工艺对冷喷WC金属陶瓷涂层性能的影响

采用包覆、机械混合与团聚烧结工艺制备了多尺度WC-17Ni和ZYT10001A(WC-17％ Co),WCTN(WC-17％ Co)金属陶瓷粉末.用3种粉末冷喷涂沉积涂层,运用扫描电镜分析了涂层的组织结构、X射线衍射表征粉末与涂层的物相结构,用压入法测定了涂层的显微硬度、弹性模量和断裂韧性.研究结果表明,3种粉末沉积的涂层均具呈现致密的组织结构,涂层中的相结构没有发生变化.3种涂层的显微硬度、弹性模量和断裂韧性分别在(650.8±40.4)～ (1350.0±115) HV0.3、(182.6±66.6) ～(309.9±52.9)GPa和(13.12±4.44)～ (24±1)MPa·m1/2之间变化,其中以ZYT10001A(WC-17％ Co)涂层的硬度值最大及断裂韧性值最小.     

不同尺度碳化物粉末冷喷沉积WC-17%Co涂层的组织及性能

采用团聚烧结和机械混合工艺制备的4种纳米与微米碳化物比例的WC-17%Co粉末,运用冷喷涂进行涂层定点沉积试验,通过扫描电镜和X-射线衍射分别分析了涂层的组织结构和相结构,并测定了涂层的显微硬度和磨粒磨损失重量.结果表明,4种碳化物尺度粉末沉积涂层具有致密的组织结构,喷涂态涂层保持与原始粉末相同的相结构,涂层显微硬度随碳化物尺度在12 897～15 925 MPa范围变化,粉末中纳米碳化物与微米碳化物颗粒重量比为50∶50时,沉积涂层具有较好的磨粒磨损性能.涂层磨损表面分析表明,涂层的磨损行为表现为涂层的磨粒磨损失重量在2.67～5.53 mg范围变化.