激光熔覆制备高熵合金涂层研究进展

激光熔覆具有加热和冷却速度快、稀释度低(<5%)、热影响区小以及可以对表面性质进行精准调整等优点,是当今工业应用较为广泛的表面改性技术之一。利用激光熔覆技术制备高熵合金涂层,既能保证涂层具有简单的相结构和优异的性能,又可使涂层与基体之间获得良好的冶金结合。主要对激光熔覆制备高熵合金涂层的设计准则、性能及提高机理、凝固行为以及数值模拟的研究进行阐述。首先从设计理论方面对高熵合金进行概念阐述,由熵和吉布斯自由能可知,通过增加主元(至少5个)和位形熵来设计元素组成,通过吉布斯自由能控制相的稳定性。其次,对涂层的性能提高机理分类总结,其中高熵合金的四大效应与激光熔覆快冷快热的特点相结合是涂层性能提高的主要原因。此外,还阐述了激光熔覆过程中熔池的凝固行为,包括凝固过程中的晶粒生长方式和液相分离现象,以及其他因素引起的凝固行为变化。之后,对粉末流动特性、熔池温度场和熔覆层性能的数值模拟以及这些模型的缺陷进行综述与分析。最后,总结与展望激光熔覆制备高熵合金涂层研究的发展前景与应用方向。

激光熔覆制备高熵合金涂层研究进展:强化机理与性能

激光熔覆快冷快热以及低稀释率的特点与高熵合金的四大效应相协调,在一定程度上保证高熵合金涂层具有简单的相结构和高的综合力学性能.主要对激光熔覆制备高熵合金涂层性能及提高机理、涂层凝固行为的研究进行阐述.首先从形位熵对高熵合金进行概念阐述,组成高熵合金的功能元素和基本元素种类和比例的不同,当其近似等摩尔比混合时,形位熵值最大.其次,对激光熔覆法制备的涂层能够获得良好的硬度和耐磨性、耐腐蚀性、抗高温氧化性、热稳定性和抗高温软化性能以及强韧性的原因做了分类总结,认为高熵效应引起晶格畸变,快冷快热有利于细化晶粒以及特殊元素的不同功能是涂层性能提高的主要原因.之后,阐述了熔覆层在凝固过程中的晶粒生长方式,以及其他凝固行为变化.最后对激光熔覆制备高熵合金涂层作了总结与展望.

激光熔覆高熵合金涂层的耐腐蚀性能研究进展

利用激光熔覆技术制备的高熵合金涂层已成为一种新兴的绿色清洁耐腐蚀涂层。为了最大程度发挥高熵合金涂层的耐腐蚀防护性能,需要探究激光熔覆高熵合金涂层耐腐蚀性能的影响因素及影响机理。首先阐述了高熵合金理论以及利用激光熔覆技术制备高熵合金涂层的优势,总结了高熵合金激光熔覆涂层优异耐腐蚀特性及耐腐蚀强化机理。重点综述了高熵合金元素组成、激光熔覆工艺参数、涂层后处理工艺以及服役温度4个因素,对高熵合金激光熔覆涂层耐腐蚀性能的影响规律与影响机理。高熵合金中适当添加Ni、Al、Ti等元素,在一定程度上可以提高涂层的耐腐蚀性,但是随着元素含量的进一步增加,由于高熵合金涂层的物相组成改变、晶格畸变严重、元素偏析加剧,可能导致涂层的耐腐蚀性能降低。适宜的激光加工参数可以使涂层具有较好的耐腐蚀性,原因在于涂层的缺陷较少、组织细密均匀。退火、激光重熔、超声冲击处理等涂层后处理工艺,通过改变高熵合金涂层的物相组成以及微观组织特征,来提高其耐腐蚀性。激光熔覆高熵合金涂层的服役环境温度越高,则腐蚀速率越快。最后,对激光熔覆高熵合金涂层的耐腐蚀性能强化方法进行了总结与展望。

超声辅助激光熔覆技术研究现状

激光熔覆技术是集光学、机械学、冶金学、计算机学等为一体的新兴材料表面改性与零件加工技术,广泛应用于复杂零件的修复和直接制造,应用前景广阔。由于激光熔覆技术快热速冷的特点,易产生变形开裂和气孔夹杂等问题,而采用超声辅助激光熔覆技术可显著改善熔覆质量,因此超声辅助激光熔覆成为国内外研究的热点。本文综述国内外学者对于超声辅助激光熔覆作用机理的研究进展,在简要介绍超声辅助激光熔覆技术工作原理和技术特点的基础上,阐述了超声振动引起的空化效应、声流效应、机械效应等非线性效应对均化激光熔覆层材料、细化晶粒、抑制裂纹和改善熔覆层性能的作用机制,讨论超声最优施振方式,并对其发展和应用进行展望。

激光能量密度对CrFeCoNiNb熔覆层组织演变和性能影响的试验研究

采用预置粉末法在42CrMo基体表面制备CrFeCoNiNb高熵合金激光熔覆层,探索激光能量密度对CrFeCoNiNb熔覆层组织和性能的影响规律。对于预置粉末激光熔覆工艺,激光功率、扫描速度、光斑直径作为工艺参数三要素,不是独立影响熔覆层质量与性能,且激光功率对熔覆层质量与性能的影响最大。通过改变激光功率进而改变作用于熔覆层的激光能量密度,研究激光能量密度对CrFeCoNiNb高熵合金熔覆层硬度、耐磨性和耐腐蚀性的影响规律。试验结果表明:熔覆层主相为面心立方结构相(FCC相)和密排六方结构相(Laves相)。随着激光能量密度的增加,其衍射峰面积先减少后增加,熔覆层晶粒先细化后粗化,转折点处的激光能量密度都为116.7 J/mm2。而且,此时熔覆层物相分布更均匀,磨损形貌主要为光滑的犁沟,相应的减摩效果好,磨损率有所降低。主相含量的改变和晶粒尺寸的改变分别是影响熔覆层平均显微硬度和耐腐蚀性的主要因素。Laves硬质相的增加有利于熔覆层硬度的提高,细化的晶粒可以形成致密的钝化膜,有利于提高熔覆层耐腐蚀性。

FeCoNiCrNb_(0.5)Mo_(0.25)高熵合金激光熔覆层组织的共晶化行为及耐磨耐蚀机理

针对42CrMo材质舰船艉轴等海工装备在高盐、潮湿、重载环境下的表面腐蚀、磨损问题,本团队利用激光熔覆技术在42CrMo基体表面制备FeCoNiCrNb_(0.5)Mo_(0.25)高熵合金熔覆层,探究了FeCoNiCrNb_(0.5)Mo_(0.25)高熵合金激光熔覆层在不同激光功率下的组织共晶化及其对耐磨性与耐蚀性的强化机理。研究结果表明:FeCoNiCrNb_(0.5)Mo_(0.25)高熵合金激光熔覆层呈现由FCC相和Laves相组成的不完全共晶组织形态;适当提高激光功率可以促进组织的共晶化,特别是当激光功率为1400 W时,高熵合金熔覆层中部呈现为层状间距约为86 nm的纳米共晶组织;过高的激光功率导致基体中的Fe元素对高熵合金熔覆层的稀释作用增强,减弱了Mo和Nb对组织共晶化的促进作用;激光熔覆功率的增加会增强基体元素对熔覆层的稀释作用,降低熔覆层的平均硬度,当激光熔覆功率为1200 W时熔覆层具有最高的显微硬度665.8 HV1.0(约为基体的2.34倍);与基体相比,FeCoNiCrNb_(0.5)Mo_(0.25)高熵合金熔覆层具有良好耐磨性与耐蚀性,激光功率为1400 W时层状交替排列的共晶组织和氧化物薄膜使得熔覆层的耐磨性显著增强,磨损率为0.079 mm^(3)·N^(-1)·m^(-1);当激光功率为1300 W时,熔覆层具有最低的自腐蚀电流密度1.716×10^(-6) A·cm^(-2)。FeCoNiCrNb_(0.5)Mo_(0.25)高熵合金激光熔覆层的腐蚀机理为FCC相优先腐蚀,共晶组织的存在在一定程度上降低了熔覆层的耐蚀性;具有良好共晶组织的熔覆层(1400 W)的耐蚀性相对有所降低,自腐蚀电流密度为4.332×10^(-6) A·cm^(-2)。