激光熔覆CoCrCu_(0.4)FeNi高熵合金涂层的微观组织和相稳定性分析

为提高零部件的硬度和耐磨性,采用Co、Cr、Cu和Ni单质金属粉末在Q235钢基体上激光熔覆CoCrCu_(0.4)FeNi高熵合金涂层,利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析了涂层的微观组织,测试了涂层的显微硬度,并利用第一性原理计算了涂层中各相的晶格常数和弹性常数。结果表明,涂层与基体形成了良好的冶金结合,且无宏观裂纹和气孔等缺陷;涂层微观组织主要由树枝晶和枝晶间组成,其中树枝晶为一种面心立方相(FCC1),富Cu贫Cr,枝晶间为另一种面心立方相(FCC2),富Cr贫Cu。涂层厚度约为1.50~1.98 mm,涂层枝晶大小约为7.9~10.4μm。涂层的显微硬度约为HV0.2170~230,约为基体1.7倍,随着与涂层表面距离的增加,涂层的硬度逐渐降低。另外,激光功率越低,扫描速度越大,树枝晶越细小,细晶强化的作用越强,涂层的硬度越高。涂层中面心立方(FCC)相的晶格常数计算值与实验值误差为1.33%~2.60%,FCC相的生成热均为负值,且弹性常数C_(11)、C_(12)和C_(44)满足立方结构高熵合金的力学稳定性限制条件,可知FCC相是稳定的。由剪切模量与体积模量之比(G/B)<0.57、泊松比(ν)>0.26可知,树枝晶和枝晶间处的FCC相总体呈现韧性特征。从涂层下部到上部,计算的弹性模量逐渐增加,硬度增大,与实验硬度变化规律相符合。

Ni-Cr合金真空钎焊金刚石界面反应的热力学与动力学分析

采用Ni-Cr合金钎料 ,适当控制钎焊工艺 ,实现了金刚石与钢基体的高强度连接。采用扫描电子显微镜 (SEM)和能谱仪 (EDS)及X射线衍射结构分析了真空加热条件下 ,Ni-Cr合金钎料与金刚石之间的界面反应 ,探讨了钎料与金刚石界面处碳化物的形成机理。结果表明 ,Ni-Cr合金钎料中的Cr和少量Si在金刚石表面富集并与金刚石中的C发生反应生成Cr7C3 、Cr3 C2 碳化物 ,其中Cr7C3 呈笋状生长 ,Cr3 C2 呈片状 ,可能有少量SiC生成。金刚石与钎料的界面形成了金刚石 \SiC \Cr3 C2 \Cr7C3 钎料的梯度材料 ,实现了Ni-Cr合金与金刚石的冶金结合。

添加石墨对Ni-Cr合金保护气氛钎焊金刚石磨粒界面组织的影响

钎焊单层金刚石工具磨粒具有高的出刃和把持力,但在高温钎焊过程中易造成金刚石较大的热损伤,利用在Ni-Cr合金中添加适量的石墨,期望能够阻止金刚石石墨化,降低金刚石焊后热应力和过度反应。采用添加质量分数为0%、1%、2%石墨的Ni-Cr合金作为钎料对金刚石进行保护气氛钎焊试验,钎焊温度1 050℃保温5 min,利用扫描电镜对焊后金刚石的形貌和焊缝组织进行分析,测试钎缝的显微硬度。结果表明,添加1%石墨的钎料对金刚石润湿性较好,添加的C元素能够与Cr元素反应后形成碳化物,其中部分Cr3C2在金刚石表面形核长大,并与金刚石有一定位向关系,Cr7C3的形貌由实心转变为空心,钎缝中形成簇状共晶石墨,显微硬度由630 HV0.2下降到580 HV0.2,有利于金刚石磨粒的后期出露和降低热应力。

Ni-Cr合金真空钎焊金刚石的热损伤分析

钎焊金刚石工具具有高的出露和连接强度,但金刚石磨料在钎焊过程中所受的热损伤对其寿命影响较大,因此文中对钎焊金刚石的热损伤作了分析.采用Ni-Cr合金对金刚石进行钎焊试验,利用SEM,EDS对金刚石的表面形貌进行观察分析,采用拉曼光谱仪对金刚石表面进行石墨化分析及热应力分析.结果表明,经Ni-Cr合金钎焊后金刚石表面有较多的碳化物(Cr3C2,Cr7C3)生成,同时发现金刚石表面有少量石墨化和化学侵蚀,其顶部的拉应力大约为110MPa,底部的压应力大约为520MPa.

CuSnTiNi钎料真空钎焊金刚石

采用两种不同比例CuSnTiNi混合单质金属粉,对金刚石在1040℃保温5min进行了真空钎焊试验.利用SEM,EDS及XRD对金刚石焊后界面微结构和钎料的微观组织进行了测试分析.结果表明,适合钎焊金刚石的活性成分为BCu70Sn15Ti10Ni5(质量分数,%),该钎料能够在钎焊时首先合金化,在金刚石表面形成了断续的TiC,实现了金刚石的高强度连接,金刚石的热损伤较小,钎料组织由α-Cu固溶体、δ-Cu31Sn8等相组成,该钎料显微硬度为130~180HV0.1,比CuSnTi有较高的硬度.

CuSnNiCr真空钎焊金刚石界面微结构分析

为降低钎焊金刚石的热损伤和制造成本,采用CuSnNiCr单质金属粉作为钎料,对金刚石磨粒进行了钎焊实验。采用SEM、EDS及XRD对金刚石焊后界面微结构、钎料组织进行了分析。结果表明：适合钎焊金刚石的活性成分为Cu75Sn15Ni5Cr5,该钎料能与金刚石实现化学冶金结合,熔点适中,润湿性较好。金刚石焊后形貌完整,表面基本光滑,表面生成了连续片状（Cr,Fe）7C3。钎料凝固过程先结晶出α-Cu枝晶,经包晶转变和共析转变,形成了α-Cu枝晶、Cu5.6Sn和共析α-Cu,钎料的显微硬度大约为200～250HV0.2。

Ni-Cr合金真空钎焊金刚石界面微结构分析

钎焊单层超硬磨料砂轮极高的结合强度和接近理想的锋利形貌 ,使它在生产应用中显示出传统砂轮无法比拟的优异性能。这种新型超硬磨料砂轮以其卓越的磨削性能必将逐步取代传统单层电镀砂轮。本文在真空炉中用钎焊的方法 ,用Ni Cr合金钎料 ,适当控制钎焊温度、保温时间和冷却速度 ,实现了金刚石与钢基体的高强度连接。并用深腐蚀的方法处理钎焊后的试样 ,用扫描电镜、X 射线能谱仪 ,结合X 射线衍射结构分析 ,对金刚石与钎料界面微区结构进行了分析。结果表明 :在钎焊过程中 ,钎料会在金刚石界面形成富铬层并与金刚石表面的C元素反应生成Cr7C3 和Cr3 C2 ,其中Cr7C3 呈笋状生长 ,Cr3 C2 呈片状生长。Ni Cr合金与金刚石的冶金结合 ,是实现金刚石和钢基体有高结合强度的主要因素。

Ni-Cr合金真空钎焊金刚石的碳化物生长及位向关系

采用Ni-Cr合金在不同温度下进行钎焊单晶金刚石磨粒试验,使用SEM、EDS和XRD对Ni-Cr合金钎焊金刚石的碳化物生长及形貌进行分析。结果表明:真空钎焊过程中,在Ni-Cr合金完全熔化前,在合金前端有碳化物开始形核,并生成排列整齐的Cr3C2和无序的SiC,Cr3C2的生长方向与金刚石的外露晶面有一定的位向关系;合金完全熔化后,在金刚石表面生成两层碳化物,内层为排列整齐的Cr3C2,外层为无序的Cr7C3。

Ni-Cr合金保护气氛钎焊金刚石界面Cr_7C_3的形核与长大

采用Ni-Cr合金在保护气氛炉中进行钎焊单晶金刚石磨粒试验,使用SEM对Ni-Cr合金钎焊金刚石界面碳化物、断口形貌、钎缝组织进行观察分析,采用XRD对钎焊后金刚石进行物相分析.结果表明,在保护气氛炉中进行钎焊可以实现金刚石的高强度连接,钎焊后金刚石棱角清晰、形貌完好.金刚石的表面生成具有方向性的Cr3C2,Cr3C2的生长方向与金刚石(111)晶面有一定的位向关系,与其所在晶面六边形的边平行,Cr7C3全部在Cr3C2上形核长大,最后形成外层是Cr7C3,内层是具有方向性的Cr3C2.

Q235钢等离子熔覆添加碳化钨铁基合金涂层的研究

在Q235钢基体上采用等离子弧熔覆添加30%镍包碳化钨的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的复合涂层厚度可达2.5mm,无裂纹、气孔等缺陷。涂层中WC颗粒部分溶解于铁基合金,WC与涂层界面形成厚达数微米的反应层,有效提高了WC与涂层间界面结合强度,其组织主要由γ-Fe和α-Fe为基,Cr23C6、Fe6W6C、WC、W2C、Cr7C3等强化相组成,熔覆层的显微硬度可达650～830HV0.2。

Q235钢表面等离子熔覆碳化钨增强铁基合金层的组织和硬度

采用等离子弧熔覆技术在Q235钢基体上制备了镍包碳化钨增强(质量分数为50%)的铁基合金层;采用SEM、EDS和XRD等研究了合金层的组织,利用显微硬度计测试了合金层的显微硬度分布。结果表明:Q235钢表面合金层厚度可达2.6 mm,合金层中无裂纹、气孔等缺陷;合金层中WC颗粒部分溶解于铁基合金中,WC与合金层界面形成厚达数微米的反应层,其组织主要以γ-Fe为基体,其上分布着Cr_(23)C_6、Fe_3W_3C、WC和Ni_3B等强化相;合金层的显微硬度可达700～1 100 HV。

Ni-Cr-B-Si+Cu-P-Sn复合钎料真空钎焊金刚石

采用在镍基钎料中分别添加3%、5%和7%(质量分数)Cu-P-Sn组成新型复合钎料,并进行金刚石磨粒的钎焊实验,利用SEM、EDS和XRD对金刚石焊后的界面碳化物形貌及钎料组织进行测试分析。结果表明:添加5%Cu-P-Sn的复合钎料进行金刚石钎焊时,钎焊温度有所下降,金刚石表面碳化物较规整,并且数量有所下降,降低金刚石的热损伤。新型钎料中形成树枝晶α-Ni基固溶体和枝晶间Ni_(31)Si_(12)、Cr_7C_3等化合物的组织,不同含量Cu-P-Sn与Ni-Cr-B-Si合金可以较大程度互溶,可以实现钎料性能的调控,降低金刚石的热损伤。

基于ф69mm腔体温度场数值模拟的高品级金刚石合成工艺优化

采用有限元软件Ansys对HJ-1000型六面顶压机669mm金刚石合成腔体进行了间接加热温度场的分析，在数值模拟的基础上，对合成过程中的温度和压力进行了优化，并通过优化得到了温度压力动态匹配的合成工艺。对合成柱中的温度进行了计算并做成温度云图，结果表明：合成柱中的温度在加热过程中基本保持石墨管处温度最高，直到开始断电冷却，石墨管处的温度下降较快，使得在合成柱中心点处的温度最高，径向温差小于30℃，具备了温度压力相匹配的合成优质高品级金刚石的生长环境。这主要是因为合成腔体较大和优化的加热工艺有关。最后采用优化的金刚石合成工艺，获得了粒径600～650μm高品级金刚石。

冷挤压模具开裂失效分析

高速钢模具在使用过程中出现早期开裂。采用光镜、化学成分分析和硬度测试等方法,对模具材料进行了检测和分析。结果表明,原材料质量差,且在锻打过程中锻打不充分致碳化物呈带状分布、碳化物粗大且棱角状,使得材料力学性能差。模具在随后使用过程中,由于交变载荷的作用,使碳化物的棱角处应力集中出现裂纹,最终导致模具开裂。

添加碳化钨铁基合金等离子弧熔覆复合涂层的组织分析

采用预置法等离子弧熔覆技术,在Q235钢基体表面熔覆了添加50%镍包WC(碳化钨)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,涂层与基体为冶金结合,其中部分WC分解,剩余WC主要分布在涂层的中、底部并与涂层结合良好,最后形成以γ-Fe为基,大颗粒WC,枝晶Fe3W3C,Fe6W6C,W2C等增强的复合涂层,涂层的显微硬度可达900～1100HV0.2.

等离子弧熔覆添加Al_2O_3+TiO_2铁基合金涂层组织和耐磨性

在Q235钢表面用等离子弧熔覆Ni-Cr-B-Si-Fe铁基合金涂层及添加不同含量Al2O3+TiO2铁基合金复合涂层,比较研究了这两种涂层的组织、显微硬度和磨损性能。结果表明,添加Al2O3+TiO2后的铁基复合涂层界面的生长形态发生变化,由初生的细长柱状树枝晶转变为小的枝晶,并且提供了形核的核心,细化了晶粒;其组织主要由晶粒细小的γ-Fe为基,以Cr23C6,Fe3C,Al2O3+TiO2为增强相的复合涂层;熔覆层的显微硬度可达600～655HV0.2。

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、Fe，W3C、Fe6W6C、W2C等相组成，其显微硬度可达560～820HV0.2。

等离子熔覆添加WC的Fe-Cr-Ni-B-Si涂层的研究

在Q235钢基体上采用等离子弧熔覆添加30％镍包碳化钨的Fe-Cr-Ni-B-Si合金粉末，制备具有冶金结合的复合涂层。采用OM、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：复合涂层中WC颗粒部分溶解于铁基合金，两相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；涂层组织主要由枝品γ-Fe为基，椭圆状的WC、Cr23C6、Fe6W6C强化相组成，熔覆层的显微硬度可达580-630HV0．2。

Ag-Cu-Ti钎焊金刚石的界面结构及热应力分析

采用Ag-Cu-Ti钎料对金刚石进行真空钎焊实验,实现了金刚石与钢基体的高强度连接。采用SEM对金刚石与钎料界面、金刚石表面碳化物形貌进行观察分析,采用EDS分析金刚石表面碳化物的成分,利用XRD对焊后金刚石磨料的进行物相分析,采用Raman光谱对焊后的金刚石是否石墨化、残余应力进行分析。结果表明:Ag-Cu-Ti钎料中的Ti元素在界面处发生偏析,并在金刚石表面生成尺寸小于1μm的块状TiC。金刚石在焊接过程的高温下没有发生石墨化。金刚石中的最大拉应力位于磨粒顶部,为60 MPa,最大压应力在底部,为120 MPa。最后在界面上形成了金刚石/TiC/钎料/钢基体的梯度结合层。

真空钎焊金刚石界面碳化物的形貌

采用Ni-Cr、Ag-Cu-Ti和Ti-Zr-Ni-Cu等钎料分别对单晶金刚石与基体进行真空钎焊。SEM、EDS和XRD等分析结果表明,在一定的钎焊温度、时间及真空度下,金刚石与所有钎料均形成化学冶金结合,在不同钎料界面形成的碳化物的种类、数量和形貌分布却显著不同;Ni-Cr合金钎料在界面处形成片状的Cr3C2和针状Cr7C3;Ag-Cu-Ti钎料则生成不连续分布块状TiC,Ti-Zr-Ni-Cu生成的是呈鹅卵石状连续分布的TiC。