Ni-Al系金属间化合物光束堆焊层的成形及析出相特征

采用X射线衍射、SEM、EDXS及显微硬度等方法,研究了光束堆焊Ni,Al混合粉末制备的金属间化合物涂层的成形和微观组织特征。结果表明,堆焊层的成形与堆焊材料的比热容量和熔点有关。采用Al含量(原子分数)高于50％或不超过25％的堆焊材料,均可获得成形良好的光束堆焊层,但Al含量过高将使堆焊金属的致密度降低。当堆焊材料中Al含量为50％—75％时,堆焊层全部由金属间化合物(Al_(1.1)Ni_(0.9),Al_3Ni_2和Al_3Ni)组成;当采用富Ni堆焊材料(不超过25％Al)时,堆焊层中将析出较多的γ—Ni固溶体,得到由γ—Ni和Ni_3Al金属间化合物组成的显微组织;而采用富Al堆焊材料(80％Al)将导致堆焊层中析出大量α—Al,其显微组织为在α—Al+(α—Al+Al_3Ni)亚共晶基底上分布有Al_3Ni_2金属间化合物相。

Fe对NiAl金属间化合物光束堆焊层成形及组织结构的影响

采用X射线衍射、SEM、EDS等分析方法,研究了铁元素对光束堆焊合成NiAl金属间化合物层的成形和组织结构的影响规律。结果表明,光束堆焊镍铝混合粉制备NiAl金属间化合物层时,NiAl的高熔点导致堆焊层成形困难。在镍铝混合粉中加入适量铁粉(11at%～28at%)可以降低堆焊合金体系的熔点、改善堆焊层成形。随着铁粉加入量的增加,堆焊层的稀释率呈现先增加后降低的趋势,过多的铁粉加入量(43at%)将使熔池金属不能润湿母材。铁元素的引入使堆焊层中析出了Fe3Al相,随着堆焊层中含Fe量的增加,Fe3Al的析出量增加,堆焊层的微观组织为NiAl柱状晶和柱状晶间的Fe3Al条状相。

NiCrBSi系合金聚焦光束堆焊层的微观特征

采用聚焦光束热源在 45钢母材上获得了镍基合金粉末堆焊层 ,研究了堆焊层的物相组成及母材热影响区的微观组织特征。X射线衍射、SEM、EDS及显微硬度分析结果表明 ,Ni35堆焊层的显微组织由少量共晶基底上分布着大量初生的γ Ni枝晶组成。基底的绝大部分为M2 3 (C ,B) 6+γ Ni网状共晶 ,局部区域析出了γ Ni+Ni3 Si层片状共晶。母材表面半熔化区的形成使堆焊层与基材实现了熔化冶金结合 ,堆焊层金属逆热流方向与母材呈联生方式长大。母材热影响区的奥氏体在冷却过程中转变为类珠光体组织 ,随热影响区离熔合线距离的增加 。

聚焦光束堆焊铜基自熔合金过程中Fe_3Si增强相的反应合成

利用Cu与Fe具有液相分离特性,以及母材与堆焊材料的冶金反应,采用聚焦光束堆焊制备了Fe3Si弥散分布的铜基合金复合堆焊层。采用X射线衍射、SEM、EDS及显微硬度分析等方法研究了堆焊层的物相组成和微观组织特征。实验结果表明,聚焦光束堆焊过程中,由母材熔化而进入熔池的Fe元素与熔池中的Cu合金呈液相分离状态,进入溶池的Fe由于密度小而上浮,上浮过程中与熔池中的Si反应生成Fe3Si。Fe3Si在堆焊层中弥散分布于α Cu基体中,分布密度由堆焊层表面向下呈减小趋势。

聚焦光束堆焊生成陶瓷颗粒增强的复合材料表层

研究了在碳钢表面光束堆焊生成陶瓷颗粒增强复合材料表层的可行性 ,考察了陶瓷颗粒物理性质及其加入量等对复合材料表层质量的影响规律。试验结果表明 :陶瓷颗粒的密度及其与基体NiCrBSi合金间的润湿性对复合材料表层的成形有重要影响 ,与普通TiC及WC相比 ,由于WC/Ni与NiCrBSi合金的润湿性好 ,因此更适合用作以镍基合金为基的复合材料表层的颗粒增强相。在复合材料表层成形良好的前提下 。

光束反应合成碳化物增强的镍基合金堆焊层

以镍基合金粉Ni35、铬粉和石墨为堆焊材料,用光束反应合成的方法制备了碳化物增强的镍基合金堆焊层,研究了堆焊材料组成对堆焊层显微组织及宏观硬度的影响规律。结果表明,在镍基合金粉中加入铬粉和石墨,堆焊层中析出了一次碳化物,可显著提高堆焊层的宏观硬度;随铬粉和石墨加入量的增加,堆焊层中一次碳化物的析出量随之增加,堆焊层的宏观硬度相应提高,最高可达62HRC,是镍基合金粉光束堆焊层的2.8倍;但加入过多的铬粉和石墨将恶化堆焊层的成形。

聚焦光束粉末堆焊熔池的凝固特征及微观组织形成机理

采用OM,SEM,EDS及XRD法研究了聚焦光束预涂粉末堆焊和送粉堆焊过程的熔池凝固特点,分析了堆焊层微观组织的形成机理,实验结果表明,大线能量光束堆焊层由底部具有外延生长持征的γ(Fe．Ni)平面晶及逆热流择优生长的γ(Fe,Ni)树枝晶组成,而且堆焊层表层树枝晶与光束扫描方向的夹角小于堆焊层底部树枝晶与光束扫描方向的夹角,送粉堆焊及预涂粉末堆焊层中的基底相均为γ(Fe,Ni)相．后析出的γ(Fe,Ni)富Cr,预涂粉末堆焊时堆焊层局部区域Cr,C元素的富集导致了Cr23C6析出,送粉堆焊过程中熔池过热度个小,B,Si等造渣元素的烧损少,堆焊层中局部区域富集的B元素优先与Cr元素结合以Cr5B3形式析出。

高能密度聚焦光束粉末堆焊质量的研究

研究了堆焊材料组成和堆焊工艺参数对光束粉末堆焊质量的影响规律。单道单层堆焊时，预涂粉末厚度过大将导致堆焊层与母材结合不良，反之，因过高的稀释率堆焊层宏观硬度则显著下降。多层堆焊时，易产生堆焊层横向裂纹、焊道边缘气孔及层间结合不良等堆焊缺陷。多道搭接堆焊时，易产生相邻焊道搭接部位的未熔合。在镍基合金中加入与其相互润湿的金属陶瓷相（镍包WC），并控制其加入量是获得优质复合堆焊层的关键。合理控制堆焊热输入、对焊道焊趾部位的清理，以及堆焊过程中对熔池采取合理的保护，可获得无缺陷的大厚度、大面积堆焊层。

镍基合金光束粉末堆焊质量的研究

研究了堆焊工艺和材料对镍基合金光束粉末堆焊质量的影响规律。为获得优质堆焊层 ,预涂层的宽度必须小于光斑直径 ,较大的预涂厚度会导致堆焊层与基材结合不良 ,厚度较小时 ,因过高的稀释率使堆焊层宏观硬度显著下降。采用多层焊和多道搭接工艺可获得大厚度、大面积堆焊层。堆焊层横向裂纹、焊道边缘气孔及层间未熔合是多层堆焊时易产生的缺陷。大面积堆焊时 ,焊趾位置会因选择性润湿而出现未搭接。合理控制堆焊线能量、对前道焊缝的清理以及堆焊过程中加强对熔池的保护 ,是获得大厚度、大面积堆焊层的关键。在镍基合金中加入与其相互润湿的金属陶瓷相 (镍包WC) ,并控制其加入量可获得无缺陷的、更高硬度的复合堆焊层。