激光-感应复合熔覆Ni基WC复合层的工艺研究

为了提高熔覆效率与消除熔覆层的裂纹,采用激光-感应复合熔覆的方法在A3表面获得了无气孔与裂纹的Ni基WC复合层。研究了不同的加工参量对复合层质量的影响,结果表明,随着激光比能的增加,粉末面密度增加;在相同的激光比能条件下,随着粉末面密度增加,熔覆层的高度增加,稀释率减小;在相同的粉末面密度条件下,随着激光比能的增加,熔覆层的宽度略有增加。此外,相对于单纯的激光熔覆技术,激光-感应复合熔覆的效率约可以提高5倍。在激光-感应复合熔覆过程中,熔覆层与基材间的温度梯度大大降低,这是Ni基WC复合层无裂纹的关键原因。

激光熔覆与激光-感应复合熔覆WC-Ni60A涂层的结构与性能特征

对单纯激光熔覆与激光-感应复合熔覆Ni60A+35%WC涂层的几何外形、稀释率、WC颗粒分布、显微组织与抗干滑动磨损性能进行对比分析。结果表明,单纯激光熔覆的最大激光扫描速度与最大送粉量仅为600 mm.min–1与25 g.min–1,当激光-感应复合熔覆采用相同的工艺参数时,复合熔覆层的宽度、热影响区、稀释率均大于单纯激光熔覆层,厚度却小于单纯激光熔覆层,WC颗粒与析出的碳化物不均匀地分布于复合熔覆层内,复合熔覆层的抗干滑动磨损性能比单纯激光熔覆层的差。但是,激光-感应复合熔覆的最大激光扫描速度可以提高到2 200 mm.min–1,最大送粉量可以提高到75.6 g.min–1,加工效率是单纯激光熔覆的3倍多,复合熔覆层内WC颗粒分布均匀,经检测无裂纹且稀释率仅为5.2%,抗干滑动磨损性能约是单纯激光熔覆层的1.42倍。

激光-感应复合熔覆Cu-Fe合金涂层的结构与性能

采用激光-感应复合熔覆方法,在黄铜基材表面制备Cu-Fe合金涂层,研究涂层的显微组织与性能特征。结果表明,当激光扫描速度为3000 mm/min、粉末流量为110 g/min时,在黄铜基材上获得表面较光滑、无气孔与裂纹的Cu-Fe合金涂层。另外,Cu-Fe合金在激光-感应复合熔覆过程中发生液相分离,在涂层底部,过饱和的金属基体α-Fe呈平面状与柱状枝晶生长;在涂层中上部,直径不等的球状颗粒α-Fe镶嵌在过饱和的金属基体ε-Cu内,许多细小的白色粒状物ε-Cu在球状颗粒α-Fe内均匀弥散析出,涂层的平均显微硬度相对于基材的提高约2.8倍。

激光-感应复合熔覆WC-Ni涂层极限条件研究

为解决熔覆层易开裂、熔覆效率低的问题以及合理地选择工艺参数,进行了激光-感应复合熔覆Ni基WC涂层的实验,定义了激光高速扫描下的极限熔覆状态,研究了激光比能与粉末面密度对熔覆层宏观形貌的影响规律。结果表明,最小激光比能、最大熔覆层厚度、接触角均与最大粉末面密度呈线性关系;激光-感应复合熔覆速度达3000 mm/min,送粉率达82.7 g/min,相对单纯激光熔覆技术的效率提高了近5倍,而且获得的Ni60A+20%WC涂层经检测无裂纹。

激光-感应复合熔覆金属陶瓷涂层技术

阐述了国内外激光熔覆金属陶瓷涂层的研究进展,指出了其存在的主要问题,并提出了激光-感应复合熔覆的新方法。该技术与单纯激光熔覆技术相比,激光-感应复合熔覆金属陶瓷层技术的效率可以提高约1～4倍,并获得大面积无裂纹的金属陶瓷层,此技术可以很大程度上促进激光熔覆金属陶瓷涂层的工业化应用。

高频感应熔涂、激光熔覆与氧乙炔喷焊GNi-WC25涂层的性能研究

对比三种不同工艺(高频感应熔涂、激光熔覆、氧乙-炔喷焊)制得的GNi-WC25涂层的性能。结果表明,高频感应熔涂GNi-WC25涂层的表层硬度、耐磨性和耐腐蚀性均优于激光熔覆涂层和氧乙炔喷焊涂层,而且高频感应熔涂涂层表面平整,后续加工量较少。

激光-感应复合加热法制备碳包覆纳米铝粉

为了探索固体火箭推进剂的新型燃烧剂,采用激光-感应复合加热法在CH4气和Ar气的气氛下制备了碳包覆铝纳米粒子。对这种纳米粒子进行了X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)的物相、形貌和结构分析,结果表明,该纳米粒子具有明显的核壳结构。差热分析(DTA)表明了碳包覆纳米铝粉在氧气氛中540℃左右剧烈氧化。简要讨论了碳包覆铝纳米颗粒的形成过程,即碳原子没有溶解在纳米铝颗粒内部,而是在铝颗粒的表面成核长大。

激光熔覆微-纳米WC复合涂层的干摩擦磨损性能

以微米和纳米12％Co-WC颗粒为增强相,自熔合金粉末Ni60B为粘结剂,采用激光熔覆的方法在45钢表面制备出微-纳米WC增强Ni基合金复合涂层;在MM200磨损试验机上与硬质合金磨轮进行了不同载荷和距离的干磨损试验。并利用SEM、TEM、X-射线、显微硬度计等手段分析熔覆涂层在磨损前和磨损后的显微组织和硬度,研究了各涂层在此干摩擦条件下的磨损机理。结果表明,纳米晶WC的加入能改善涂层的耐磨性能,当纳米级WC和微米级WC各为15％时,涂层耐磨性能最佳,但纯纳米晶WC增强涂层耐磨性不佳,其主要磨损破坏方式随涂层中WC晶粒尺寸变化而有所变化。

激光感应复合熔覆的稀释率分析模型及实验研究

在分析计算感应加热温度模型和激光感应复合熔覆能量作用的基础上,推导出了激光感应复合熔覆稀释率的表达式,定量反映了稀释率与激光、感应能量、材料特性和工艺参数之间的关系,并且通过实验进行了验证。研究结果表明:复合熔覆的稀释率随激光功率的增加而增大,随送粉率的增加而减小,随扫描速度的增大而减小;在其他参数恒定,感应能量增加时,稀释率显著增大。该稀释率分析模型有助于复合熔覆加工中稀释率的控制,为复合熔覆工艺参数的优化设计和熔覆层的质量控制提供了理论基础。

激光感应复合熔覆中熔覆层有效能量分析

在同步送粉激光感应复合熔覆试验的基础上,提出了感应能量密度和熔覆材料的单位质量激光比能两个重要的能量参数。以临界熔覆状态为研究对象,计算分析了单位时间熔覆层质量和熔覆层的有效能量。结果表明,感应加热对复合熔覆工艺有显著影响。在一定感应能量密度范围内,随感应能量密度增加,粉末沉积量增加,熔覆材料的单位质量激光比能减小;当激光参数和感应能量密度一定时,熔覆材料的单位质量激光比能随送粉率增加而增加;当感应能量密度超过一定值时,粉末沉积量和熔覆材料的单位质量激光比能基本保持稳定。

钛合金表面激光熔覆镍-铬-硅复合涂层的显微组织和摩擦学性能

在Ti-5621s合金表面采用激光熔覆制备了镍-铬-硅复合涂层,分析了涂层的显微组织,测试了涂层的硬度和摩擦学性能。结果表明:复合涂层中以Ti5Si3和Cr3Si为主的颗粒增强相弥散分布在β-Ti和γ-Ni两相固溶体中;涂层的硬度较基体有显著的提高;由于金属硅化物Ti5Si3和Cr3Si的高硬度、强原子间结合力,该复合涂层明显地改善了基体合金的摩擦和磨损性能。

激光-氩弧焊电弧复合热源表面熔覆工艺及成形特征

为研究激光-氩弧焊(TIG)电弧复合热源表面熔覆工艺对熔覆层成形特征的影响,建立了激光电弧复合热源表面熔覆试验系统,分别采用大光斑半导体激光热源、激光与TIG复合热源在Q235母材上进行了Ni60合金粉末单道熔覆工艺试验,分析了激光功率、TIG电流对熔覆层高宽比、稀释率、浸润角等成形特征的影响.结果表明:随着激光功率或TIG电流的增加,熔覆层的熔宽、稀释率呈增加趋势,熔覆层的高宽比、浸润角减小.在复合热源熔覆过程中,引入电弧可以显著降低熔覆所需激光功率,可在减小激光热冲击作用的同时降低生产成本;引入小电流TIG电弧,可以降低熔覆层边缘的温度梯度,改善熔覆过程中熔覆层的铺展效果.

激光感应复合熔覆的界面形态及其作用

采取送粉激光感应复合熔覆方法,对激光和感应两种能量不同配比的不同工艺进行实验,研究了不同工艺制备的Ni基熔覆层与钢基体结合界面的组织形貌、复合熔覆层横切面上化学成分及显微硬度的变化,探讨了其界面特征及影响因素。研究结果表明:复合熔覆交界面处白亮层的形成与熔覆能量直接相关,当复合熔覆能量较高时,在界面处形成Fe-Ni-Cr单相固溶体组织,熔覆层显微硬度下降;当复合熔覆能量较低时,在白亮层两侧形成不同的固溶体组织,熔覆层显微硬度较高。激光感应复合熔覆中,Ni基熔覆层与钢基体形成了基于化学成分扩散和材料互混的冶金结合,基材中的Fe元素向熔覆层的迁移量较大。

感应熔覆微-纳米复合材料涂层组织及摩擦磨损特性研究

以Ni60A、微米级和纳米级WC粉末为原料,利用感应熔覆技术在45钢表面制备了微纳米WC复合材料耐磨涂层。利用扫描电子显微镜、能谱仪及X射线衍射仪观察分析了复合材料涂层的显微组织结构;同时考察了复合材料涂层在室温滑动干摩擦条件下的耐磨性能。结果表明,复合涂层由WC、Cr23C6、Co6W6C、γNi固溶体等物相组成;其组织均匀,与基体之间为完全冶金结合;复合材料涂层表现出优异的耐磨性及良好的承载能力,其磨损速率随载荷增大变化不大。

激光熔覆微-纳米碳化钨复合涂层结构与性能研究

以微米和纳米级晶粒Co包碳化钨为增强相,自熔合金粉末Ni60B为粘结剂,采用激光熔覆的方法在45钢表面制备出微-纳米碳化钨增强Ni基合金复合涂层。采用扫描电镜、X射线衍射等手段对粉末和涂层的相结构、显微组织等进行了分析观察,采用显微硬度计分析了涂层表面硬度随成分的变化规律和截面硬度的分布曲线。结果表明,纳米碳化钨粉末的添加有助于改善涂层的熔覆性能和提高涂层的表面硬度。

金属陶瓷复合涂层的激光熔覆与无裂纹的实现

鉴于传统的激光熔覆金属陶瓷复合涂层技术主要存在2方面不足:其一,熔覆效率低,导致大面积熔覆时成本昂贵;其二,由于激光熔覆本身的特点,即快速加热与快速凝固,在激光熔覆过程中,热应力极易诱导熔覆层开裂。基于此,综述了国内外激光熔覆金属陶瓷复合涂层的研究进展,指出其存在的主要问题,并提出了激光感应复合快速熔覆的新方法,即感应预热基材的同时快速激光熔覆。该方法不仅可使熔覆效率大大提高而且获得了无裂纹的金属陶瓷复合涂层。

激光熔覆Ni基微-纳米WC金属陶瓷涂层组织及干滑动磨损性能

在45钢表面进行添加微-纳米WC颗粒的镍基自熔粉末激光熔覆处理,得到不同Ni基WC合金涂层。对熔覆层进行显微组织观察、硬度测定以及室温干摩擦磨损试验。结果表明,纳米晶WC的加入能改善涂层的耐磨性能,在本试验条件下,当添加的纳米级WC和微米级WC各为15%时,涂层耐磨性能最佳;但纯纳米晶WC增强涂层耐磨性不佳,其主要磨损破坏方式随涂层中WC晶粒尺寸变化而有所变化。

激光熔覆Ni-Cr_3C_2涂层的微观组织及磨损性能

2Cr13马氏体不锈钢表面激光熔覆NiCr3C2复合涂层的显微硬度随Cr3C2粒子添加量的增加而增加;激光熔池中Cr3C2粒子的部分溶解使得Cr、C元素向Ni基体中富集,导致激光熔覆层凝固组织中形成了较多的Cr7C3,M23(C,B)6和CrB化合物,比激光熔覆Ni单一涂层具有较高的干滑动摩擦磨损抗力。Cr3C2粒子的部分溶解使凝固组织中产生了较多的碳铬和硼铬硬质化合物所导致的熔覆层成分变化被认为是改善激光熔覆层干滑动磨损抗力的主要因素。

圆柱体中频感应重熔与激光强化的复合新工艺

在抽油泵柱塞的基体上，对国产Ｎｉ６０Ａ自熔合金粉末进行了中频感应重熔与激光强化复合新工艺的试验研究，并对复合熔覆的表面粗糙度、空隙率、裂纹、显微组织及耐磨损能力进行了系统的分析。试验结果表明，复合熔覆具有中频感应重熔的优点，能够获得大面积的表面光洁的覆层，且覆层组织均匀，无裂纹，与基体存在良好的冶金结合；同时，复合熔覆又具有激光重熔的优点，不仅降低了覆层中的孔隙率，而且又提高了覆层与基体的结合强度，使之具有较好的耐磨损能力。

激光熔覆原位合成反应机制的研究

通过激光熔覆技术,采用不同粒度BN和Ti粉为原料在Ti-3Al-2V钛合金表面原位合成Ti B/Ti N钛基复合涂层。采用扫描电子显微分析(SEM)、X射线衍射(XRD)和显微元素分布(EPMA)分析强化相的形貌、相组成和元素分布,探讨激光熔覆条件下Ti-BN体系原位合成反应机制。结果表明:采用不同粒度BN和Ti粉为原料制备Ti B/Ti N-Ti基复合涂层。粗BN为原料强化相原位反应机制主要由扩散机制和溶解-析出机制共同控制,BN为形核质点,促进Ti N的形核生长;细BN为原料强化相原位反应机制主要由溶解-析出机制控制。