航天用镍基高温合金粉末床熔融技术研究进展

采用激光粉末床熔融技术(LPBF)制造镍基高温合金具有较大的生产潜力,在航空航天领域有着广泛的应用,因此这一技术受到了高度关注。近年来,为了更好地了解LPBF-镍基高温合金的性能和使用极限,相关学者对其开展了大量的研究工作。本文基于近年来多项LPBF-镍基高温合金的研究,阐述了该领域的研究目标和重要发现,并列举了LPBF镍基高温合金在航天工业中的具体应用。总体分析了工艺参数和热处理对镍基高温合金及其复合材料增材构件组织及力学性能的影响,以及LPBF过程中常用的建模方法及研究进展。最后,对LPBF-镍基高温合金的未来发展方向提出了展望。

激光粉末床熔融增材制造耐热铝合金的研究进展

随着航空航天工业的快速发展,人们对高性能耐热铝合金的需求逐渐增加。为了实现复杂构件的一体化成型,激光粉末床熔融(Laser powder bed fusion,L-PBF)增材制造技术成为目前的研究热点。相比传统铸造成型,采用激光粉末床熔融增材制造的构件具有更优异的综合性能。目前,对L-PBF增材制造传统高强韧铝合金已开展较为深入的研究,而针对耐热铝合金的研究还处于起步阶段。本综述首先介绍了激光粉末床熔融增材制造技术的特点,随后总结了近年来针对耐热铝合金体系及相应高温性能的研究,对目前存在的问题与难点进行了概括,最后对未来的主要研究方向进行了展望。

紧耦合气雾化技术制备选区激光熔化用18Ni300合金粉末的研究

基于紧耦合气雾化技术制备符合选区激光熔化用18Ni300合金粉末,重点研究了雾化压力对粉末粒度(中值粒径,D50)、粒度分布、球形度、氧含量、流动性和松装密度等特性的影响。结果表明:雾化压力对上述粉末特性影响显著,当雾化压力在3.5 MPa到4.5 MPa范围时,随着压力的提高,粉末粒度降低、表面形貌改善、流动性变好、松装密度增加。当雾化压力为4.5 MPa时,所制备的粉末综合特性最优,粉末粒度(D50)为34μm,球形度为0.77,氧含量为0.02%(质量分数),流动性为17.4[s·(50 g)^-1],松装密度为4.32 g·cm^-3,15~53μm粒径范围粉末收得率为38.1%,满足选区激光熔化技术对金属粉末性能的要求。

高端铝合金表面激光熔覆耐磨耐蚀涂层关键技术研究进展

高端铝合金构件广泛应用于航空航天、石油化工及氢能储运等领域,但其表面存在耐蚀性与耐磨性差、强度与硬度低、晶粒粗化和表面橘皮等缺陷,进而限制其极端环境下的高性能安全服役,因此提高铝合金构件的表面质量和服役性能极为重要。激光熔覆作为铝合金构件表面改性和修复的有效技术,通过选取合适的熔覆材料在铝合金构件表面熔覆耐磨耐蚀、高强度涂层,可有效解决铝合金构件表面性能差、服役寿命短等问题。由于铝合金特殊的物理和化学性能,如熔点低、反光率大、润湿性差、稀释率大,以及易出现气孔、裂纹等问题,所以对铝合金构件表面激光熔覆带来挑战。因此,针对高端铝合金表面激光熔覆高性能涂层面临的技术难题,以提高铝合金构件表面服役强度、耐磨耐蚀性能为目标,综合分析了铝合金表面激光熔覆高性能涂层所涉及的基本理论、制备方法、涂层组织、服役性能及应用前景,该研究为铝合金复杂构件表面激光熔覆制备高性能涂层提供了理论参考。

激光熔覆用钴基合金粉末的研究

对激光熔覆用WFLC 11钴基合金粉末的激光熔覆工艺和熔覆层性能进行了研究 ,获得了WFLC 11钴基合金粉末激光熔覆层厚度与最小比能量关系曲线和熔覆层的组织、高温硬度等性能数据 ,为选择和使用WFLC 11钴基合金粉末提供了依据。

铁基(Fe-Cr-Ni-B-Si-RE)激光熔覆合金粉末的研究

采用 B、Si、Cr提高熔覆层的硬度与耐磨性 ,稀土元素提高熔覆层的综合性能。对 Fe-Cr-Ni-B-Si-RE系列铁基合金进行正交试验 ,通过表面质量分析、能谱成分分析、显微硬度试验与分析、扫描电镜组织分析、成分设计、工艺试验、组织与性能分析和评价 ,获得了比较理想的

激光熔敷镍基自熔性合金粉末的研制

针对激光熔敷表面处理技术对合金粉末材料性能的要求,分别研究了合金粉末的B含量、Si含量以及B、Si含量配比对激光熔敷的工艺性能、粉末形貌及涂层性能的影响,研制出具有良好的工艺性能和使用性能的激光熔敷用镍基自熔性合金粉末.

激光熔覆与等离子喷焊WF218合金的组织和性能比较

气门密封面激光熔覆的工艺和性能研究较多 ,但激光熔覆的合金组织和性能与现在气门密封面生产应用的等离子喷焊合金的对比数据较少。为了推动激光熔覆技术在气门密封面生产中的应用 ,对目前应用的气门WF2 18合金进行了激光熔覆层与等离子喷焊层的对比研究。通过对同炉气体雾化生产的WF2 18合金粉末分别进行激光熔覆和等离子喷焊 ,对两者合金层研究结果显示 ,激光熔覆合金层更致密、组织更细小、成分更均匀、耐蚀性和耐磨性更好。根据研究数据 ,激光熔覆技术应用于气门密封面生产将进一步提高质量。

镁合金表面激光熔覆技术的研究进展

综述了镁合金表面激光熔覆技术的研究进展状况。介绍了镁合金表面激光熔覆工艺特点和工艺方法;阐述了工艺参量对熔覆层性能的影响;总结了当前镁合金表面激光熔覆的主要材料体系及其熔覆层的组织和性能;展望了镁合金表面激光熔覆技术今后的发展方向。

304不锈钢激光深熔焊元素蒸发及焊缝合金含量变化

通过模拟和试验的方法对激光深熔焊304不锈钢焊缝合金成分变化进行了研究.利用电子探针X射线显微分析对母材及焊缝中的Fe,Cr,Mn,Ni元素含量进行分析.基于对焊接熔池温度场和流场的计算,建立了深熔激光焊元素蒸发和焊缝合金含量变化的模型.结果表明,深熔激光焊元素蒸发主要发生在小孔及熔池表面,其中小孔内金属蒸发强烈,而小孔外的熔池表面蒸发量较小.与母材相比,焊缝中Mn,Cr元素含量减少,而Ni,Fe元素含量增加.焊缝合金含量变化随焊接功率增大而减小,但对于焊接速度的改变不敏感.计算结果与试验检测结果吻合良好.

AZ31B镁合金表面激光熔覆Ni60合金粉末组织及性能

利用5kW横流连续CO2激光器,采用预置粉末法对AZ31B镁合金表面进行激光熔覆Ni60合金粉末试验。利用光学显微镜,SEM,XRD,显微硬度仪,电化学腐蚀设备等仪器对熔覆层和基体的组织及性能进行了测试分析。结果表明,熔覆层与基体呈冶金结合,熔覆层组织为细小的树枝晶和等轴晶;XRD结果表明在熔覆层表面形成了Mg2Ni,Mg-Ni2等新相,熔覆层的显微硬度由HV45~50提高到HV150~350,约为基体的3~7倍。在3.5%(质量分数)NaCl的溶液中进行电化学腐蚀试验表明,熔覆层表面的自腐蚀电位较原始镁合金提高约0.379V,其抗腐蚀性较原始镁合金显著提高。

钛合金表面激光熔覆技术的研究进展

金属表面激光熔覆技术是近年来发展起来的一种新型表面处理工艺。利用高能激光束对材料表面瞬间加热和熔池快速冷却的特性,在钛合金表面用激光熔覆一层陶瓷增强复合材料,能够显著提高钛合金的耐磨性能。简要阐述了金属表面激光熔覆工艺、钛合金表面激光熔覆技术及其在未来的发展方向。

高温锻压模具表面激光熔覆铁基合金粉末的特性研究

针对激光熔覆修复发动机叶片报废高温锻压模具中使用热喷涂粉末开裂敏感性较大的缺点以及在高温(800℃以上)服役环境中,熔覆层容易开裂、脱落的问题,自配了铁基合金粉末,采用激光熔覆技术,在高温锻压模具表面制备了复合涂层;利用OM、SEM、XRD和硬度计对复合涂层进行表征。结果表明:当自制铁基熔覆粉末的质量百分比为0.5C、25Cr、1.0Ni、1.5Si、1.5B、余量Fe时,获得了无裂纹的熔覆层,熔覆层与基材实现了良好的化学冶金结合。

核阀密封面FCo-5合金粉末激光熔覆层的组织与性能

以FCo-5自熔性钴基合金粉末为堆焊材料，在0Cr18Ni12Mo3Ti核阀试样表面制备厚度为2.04 mm、横截面单圆弧拟合半径为2.69 mm的密封面激光熔覆层。利用SEM和XRD分析熔覆层的微观结构和物相，测试熔覆层的显微硬度及最小厚度处的高温硬度。结果表明：熔覆层从界面到表层的结晶形态依次由平面晶向胞状树枝晶、多方向生长树枝晶、细小树枝晶过渡；中、上部组织主要由γ-Co 奥氏体枝晶、枝晶间层片状共晶组织以及弥散分布的Cr23C6硬质颗粒组成；在距界面1.52～1.60 mm的区域，密封带宽度为2.95～3.18 mm，常温硬度阈值为44.3～45 HRC；在650℃以下时，熔覆层最小厚度处具有优异的抗蠕变性能和高温硬度特性，经720℃以上回火处理后有较强的二次硬化效应。

高频脉冲耦合铝合金激光-MIG复合焊接熔滴过渡及其熔覆特性

采用高频脉冲电源与单脉冲MIG焊电源并联叠加的方式与激光热源复合,形成高频脉冲耦合激光-MIG复合焊接方法.在A7N01铝合金板材上进行堆焊试验,用高速摄像研究高频脉冲耦合后电弧及熔滴过渡行为的变化,并通过金相观察研究高频脉冲耦合对熔覆层成形及组织的影响.结果表明,高频脉冲耦合后弧长增大,电弧电压增大、基值电流减小,峰值电流变化不大;熔滴由部分亚射流过渡转变成完全射流过渡;熔覆金属表面光滑,"鱼鳞纹"特征消失,无"指状"熔深问题;熔覆层晶粒大小变化不明显,但晶粒内部强化相颗粒变小,分布更加均匀.

激光熔覆合金粉末的制粒方法

激光熔覆合金粉末的制粒方法宋武林，朱蓓蒂，吴新伟，崔昆，罗慧清（华中理工大学，武汉４３００７４）激光熔覆作为一种新颖而具有应用潜力的材料表面改性新工艺，已被人们所关注。激光熔覆的第一步是熔覆合金粉末的供给。据目前报导，供给方法有两种：一种是预置粉末法...

铝合金激光焊接技术的应用与发展

随着激光技术和铝合金研制技术的发展,进一步开展铝合金激光焊接应用技术基础研究,开发铝合金激光焊接新工艺,更有效地拓展铝合金激光焊接结构的应用潜力,从而了解铝合金激光焊接技术的应用现状及发展趋势就显得尤为重要。

激光熔覆Ni基高温合金粉末涂层磨损机制图

目的研究激光熔覆Ni基高温合金粉末涂层的磨损性能和磨损机理,建立涂层的磨损机制图.方法以Ni基高温合金粉末为原料,在CrMo铸铁表面利用激光熔覆技术制备了减摩耐磨的复合涂层.应用均匀设计的试验方法进行试验方案的设计.根据不同工作参数组合下的磨损率建立其磨损机制图,根据试验结果对熔覆层的磨损机理进行了研究.结果建立了涂层的磨损机制图.激光熔覆Ni基高温合金粉末涂层的磨损形式主要包括严重磨损和轻微磨损,主要磨损机制包括剥层磨损、黏着磨损、磨粒磨损和氧化磨损等.结论根据磨损机制图,可以确定涂层的安全工作区域为载荷小于4MPa时,滑动速度大于1.5m/s;载荷大于4MPa时,滑动速度在1～2.0m/s.

铝合金表面激光熔覆Al+Y粉末的研究

为了研究激光熔覆制备Al-Y合金涂层的可行性,采用CO_2激光器熔化预置的Al+Y混合粉末的方法,利用SEM,XRD,EDS和硬度检验等方法分析了熔覆层的显微组织、物相组成、成分分布和硬度等。在2034铝合金表面得到了激光熔覆涂层,其物相主要由Al,Y_5Al_3,YAl_3,YA1等组成,Y元素主要分布于晶界和枝晶间,熔覆层的显微硬度70HV_(0.2)～95HV_(0.2)与基体的100HV_(0.2)～120HV_(0.2)相比较低,原因在于降低了基体中Cu元素的固熔强化效果。结果表明,熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,熔覆层显微组织显著细化。

激光熔修AZ31B镁合金焊趾区材料的疲劳性能

疲劳性能是评估镁合金焊接结构寿命的重要指标。AZ31B镁合金TIG焊趾存在的微细裂纹与几何不连续,是在役焊接结构疲劳裂纹萌生的主要原因。为减轻接头的应力集中和改善其疲劳性能,采用CO2激光热源重熔AZ31B镁合金焊趾。研究发现:Mg17Al12在近熔合线的热影响区中沿晶界析出,而在焊缝中呈弥散分布。此外,因受脆晶相的作用,热影响区存在着微细裂纹。激光熔修能细化热影响区晶粒,抑制了Mg17A12沿晶界的析出从而有利于消除热影响区裂纹。然而因激光功率密度过高引起的镁元素烧损,是导致疲劳性能下降的一个重要原因。