激光熔覆Ni基涂层组织性能研究

以17-4PH沉淀硬化马氏体不锈钢叶片的激光再制造修复技术为背景,选取镍铬合金与WC-Co复合粉末作为熔覆材料,采用激光熔覆技术在17-4PH不锈钢表面制备复合涂层,通过调整激光功率和送粉速度两个工艺参数进行实验。通过观察试样熔覆层的微观组织,并对熔覆层的力学性能进行测试,结果表明:当激光功率为1700 W时,涂层的组织均匀致密。涂层的硬度和摩擦磨损性能均高于基体。最优的工艺参数激光功率为1700 W,送粉速度为30 mg/s,此工艺参数下制备的复合涂层可以有效提高17-4PH不锈钢的硬度和耐摩擦磨损性。

激光熔覆Ni基涂层研究进展

综述了激光熔覆Ni基涂层在改善材料的耐磨,润滑,耐腐蚀性能等方面的研究进展,提出了专用粉末的研制,裂纹和气孔的控制是目前激光熔覆Ni基涂层面临的主要问题,并针对上述问题论述了相应的解决方法。

扫描速度对激光熔覆Ni基涂层组织性能的影响

采用CO2激光器及LASERCELL-1005六轴六联动三维激光加工机床对40Cr钢进行熔覆处理,采用微观分析及力学性能测试手段对熔覆层组织及性能进行研究。结果表明:熔覆层由熔覆区(CZ)、结合区(BZ)和基底热影响区(HAZ)三部分组成。对应的组织分别为:细小的树枝晶与等轴晶、平面晶与树枝晶、针状马氏体;随扫描速度增加,熔覆层组织变得细小均匀,硬化层深加深,显微硬度、耐磨性、耐蚀性增加;激光熔覆后的硬度、耐磨性、耐蚀性都有很大提高,其最大值分别约为基体的4、4.3、30倍。

超音速火焰喷涂TiC-TiB2增强Ni基涂层的研究

利用超音速火焰喷涂技术在45号钢基体上制备了2种TiC-TiB2增强Ni基涂层,研究了涂层的组织和性能并与Ni60涂层进行对比分析。结果表明,含Ti-B4C自反应组元粉末的喷涂火焰呈明亮的白炽状态,火焰温度明显高于喷涂Ni60粉末的火焰温度,TiC-TiB2陶瓷增强Ni基涂层的显微硬度和耐滑动磨损性能明显优于Ni60涂层。Ti-B4C-Ni团聚态粉末形成的涂层中陶瓷相均匀分布在金属基体中,颗粒细小,在摩擦过程中不易脱落,有效提高了片层强度和硬度,增强了涂层的耐磨性。而Ti-B4C团聚态粉与Ni60机械混合粉末形成的涂层中出现了明显的金属相与陶瓷相的偏聚现象,使得涂层的结合性和耐磨性略有降低。

等离子喷涂Ni基涂层摩擦学性能研究

为研究和改善Ni基涂层的摩擦学性能,利用大气等离子喷涂法在316不锈钢基体上制备NiCrBSi涂层、质量分数30%WC掺杂的NiCrBSi-30%WC涂层以及质量分数30%WC和15%Mo共同掺杂的NiCrBSi-30%WC-15%Mo涂层,研究涂层的物相结构、组织形貌、显微硬度以及大气环境下涂层与GGr15球对磨时的滑动摩擦磨损性能,并分析涂层的磨损机制。结果表明:WC掺杂、WC和Mo的共同掺杂提高了NiCrBSi涂层的显微硬度;NiCrBSi-30%WC涂层摩擦因数最大,达到0.502 0,NiCrBSi-30%WC-15%Mo涂层次之,NiCrBSi涂层最小,为0.393 8;涂层NiCrBSi-30%WC-15%Mo耐磨性最佳,较NiCrBSi涂层提升25%,NiCrBSi-30%WC次之,而NiCrBSi涂层磨损最为严重。在摩擦过程中,3种涂层上都产生了Fe转移膜,其中NiCrBSi涂层磨损机制主要为磨粒磨损和疲劳剥落,NiCrBSi-30%WC、NiCrBSi-30%WC-15%Mo涂层的磨损机制主要以疲劳剥落为主。

HVOF喷涂Ni基涂层性能的研究

采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)制备了3种镍基涂层,并对涂层的性能进行测试。结果表明:烧结粉末Ni60制备的涂层结合强度达44.6MPa、显微硬度963.8HV,均明显优于包覆粉末Ni包C、Ni包MoS2制备的涂层;Ni包C涂层孔隙率最高,达5.4%,并含有许多的未熔软质相;涂层中的镍起粘结作用,能显著提高涂层的结合强度和显微硬度;起减磨作用的MoS2和C相会明显降低涂层的结合强度。

超音速火焰喷涂Ni基涂层组织与性能的研究

采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)制备了3种镍基涂层,并研究了涂层的显微组织和性能。结果表明:使用烧结粉末Ni60制备的涂层结合强度、显微硬度均高于包覆粉末Ni包C、Ni包MoS2制备的涂层,Ni包C涂层中产生大量的气体并含有许多的未熔软质相,使得其孔隙率最大,结合强度、显微硬度最低;镍在涂层中起粘结作用,镍含量的增加能显著提高涂层的结合强度和显微硬度;涂层中起减磨作用的MoS2和C相会明显降低涂层的结合强度。

电火花沉积Ni基涂层的质量过渡及电极损失

采用逐层沉积的方法,在基材表面获得了1-8层Ni基电火花涂层,探讨了电火花沉积过程中Ni基电极的质量过渡规律及电极材料的流失形式。结果表明:Ni基电极向基材的平均质量过渡系数为0.76;电极的损失有气化、液态溅射和氧化三种形式;氩气保护在沉积过程中起重要作用;随着沉积层厚度的增加,基材对涂层的稀释越来越小。

激光重熔对电火花沉积Ni基涂层组织及耐磨性能的影响

采用激光重熔工艺对电火花沉积Ni基涂层进行重熔处理,以减少或消除电火花沉积Ni基涂层中的裂纹、孔隙和夹杂等缺陷。利用SEM、XRD和摩擦磨损试验机研究了Ni基涂层在重熔前后的组织结构及力学特性的变化。结果表明:经过激光重熔处理后,电火花沉积Ni基涂层的组织由重熔前的枝晶组织细化为均匀分布的超细晶粒,重熔涂层上部出现纳米级晶粒,并且析出Cr2B、Cr7C3和FeNi3超细硬质相。激光重熔使电火花沉积涂层中的裂纹、孔隙及夹杂等缺陷明显减少。晶粒细化作用致使涂层硬度提高,其耐磨性能得到改善;涂层的磨损机理由重熔前的疲劳磨损变为重熔后的磨粒磨损。

VC抑制剂对激光熔覆原位生成WC增强Ni基涂层的影响

在H13钢表面通过激光熔覆原位生成不同VC含量的WC增强Ni基涂层,研究VC抑制剂对WC晶粒的细化作用及其对涂层硬度和耐磨性的影响。分别采用XRD、SEM、EDS分析涂层物相、形貌及成分分布。采用显微硬度计测定涂层硬度,摩擦磨损实验机测试涂层耐磨性。结果表明,VC具有明显的抑制WC晶粒长大的作用,且当VC含量为10%时,抑制效果最佳;不同VC含量的涂层硬度均高于无VC的涂层,当VC含量为15%时涂层具有最高的硬度;10%VC+(W+C)+Ni60涂层、(W+C)+Ni60涂层和Ni60涂层的耐磨性依次下降。VC能够使原位生成WC晶粒的析出机制受到阻碍,导致晶粒细化;加入的VC也可能沉积在WC晶粒上,阻止其进一步长大。适量的VC可对WC增强相的长大起到明显的抑制效果,并改善涂层的硬度和耐磨性。

高频感应熔覆Ni基涂层/35CrMo界面行为

本文对采用高频感应熔覆技术在抽油杆用钢35CrMo表面制备的NiCrBSi涂层的结合界面形态进行研究,结果表明,由于界面处的温度较高,在涂层熔化过程中,界面处基材一侧大量的元素Fe扩散到熔融涂层中,涂层凝固时,在基材与涂层的结合界面处,Fe与Ni形成Fe-Ni固溶体晶核,晶核向熔融合金中吸取Ni原子而生长,最终在界面形成致密完整的富Ni的Fe基固溶体组织。

HVAF喷涂纳米结构Ni基涂层组织及磨损性能研究

利用AC-HAVF喷涂技术制备了纳米结构Ni基涂层,对涂层微观结构以及磨损性能进行研究。结果表明:涂层主要由γ-Ni固溶体以及FeNi3、Ni3B、CrB2、Cr26C3和Cr7C3等化合物组成,涂层主要由50～70 nm的纳米粒子组成,部分粒子达到20～30 nm;涂层与基体结合很好,孔隙率低,约为2.37%;涂层具有较好的耐磨性,涂层磨损以疲劳磨损为主。

超音速火焰喷涂Ni基涂层性能的研究

采用超音速火焰喷涂技术方法制备三种镍基涂层，并研究了涂层的显微组织和性能。结果表明：使用烧结粉末Ni60制备的涂层结合强度、显微硬度均高于包覆粉末Ni包C、Ni包MoS2制备的涂层，Ni包C涂层中产生大量的气体并含有许多的未熔软质相，使得其结合强度、显微硬度最4g；镍在涂层中起粘结作用，镍含量的增加能显著提高涂层的结合强度和显微硬度；涂层中的MoS2和C相明显降低涂层的摩擦系数。

火焰喷焊Ni基涂层微观结构及耐摩擦磨损性能的研究

以53~150μm的Ni60A、Ni60CuMo、Ni60WC10粉末为原料,采用Castolin SuperJet—S喷焊系统制备各涂层。应用金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和摩擦磨损设备分析涂层的微观结构和耐摩擦磨损性能。结果表明,Ni60A、Ni60CuMo、Ni60WC10涂层硬度均较高(HRC>57.0),涂层孔隙率低(<1.0%),涂层与基体呈冶金结合;各涂层以Ni基固溶体衍射峰为主,Ni60WC10层中出现明显的WC衍射峰;Ni60WC10涂层的耐磨擦磨损性能较Ni60A涂层提高了约2.5倍,较Ni60CuMo涂层提高了约3.5倍。

HVAF喷涂纳米结构Ni基涂层组织及高温磨损性能研究

利用AC-HVAF喷涂技术制备了纳米结构Ni基涂层,对涂层组织以及高温磨损性能进行研究。结果表明:涂层主要由γ-Ni固溶体以及Ni和Cr的化合物组成,Ni基涂层的抗高温性和弥散分布的化合物,有助于提升涂层高温磨损性能。涂层主要由20~70 nm的纳米粒子组成,涂层具有较好的高温耐磨性,500℃高温磨损失重小于基体的1/3,摩擦系数仅为0.4左右,涂层的高温磨损以磨粒磨损为主。

含Ag@Ni核壳结构粉体镍基复合涂层的多循环高温摩擦学性能

为了抑制Ag的扩散,采用化学镀方法制备Ag@Ni核壳结构粉体,并利用大气等离子喷涂技术制备NiCrAlY-Mo-Ag@Ni涂层,详细研究核壳结构设计对涂层在高温循环工况下的力学及摩擦学性能的影响。研究结果表明:Ag的核壳结构设计可以提高镍基涂层中Ag与NiCrAlY的界面结合强度,进而显著提高复合涂层的硬度。Ni覆层有效地抑制了Ag在高温摩擦过程中的扩散与耗散。800℃时NiCrAlY-Mo-Ag@Ni涂层的摩擦因数仅为0.25,磨损率仅为1×10^(-5)mm^(3)/(N·m),显著低于NiCrAlY-Mo-Ag涂层。同时,Ag的核壳结构设计使得涂层在高温多循环工况下始终保持良好的自润滑性和耐磨性。

基于响应面法的激光熔覆Ni基涂层气粉两相流研究

为了揭示激光熔覆中输入参数的相互作用对粉末流汇聚性的影响规律,提高熔覆过程中的粉末利用效率,采用响应面法进行模拟方案设计,通过拟合输入参数与粉末流特征参数之间的函数关系建立回归方程,揭示输入参数及其相互作用对基体上平均粉末浓度与粉斑直径的影响规律。研究结果表明,气流量、送粉电压、喷嘴工作高度、气流量与喷嘴工作高度的交互项、送粉电压与喷嘴工作高度的交互项、喷嘴工作高度的二次项对基体上平均粉末浓度影响显著。气流量、喷嘴工作高度对基体上的粉斑直径影响显著。基体上平均粉末浓度随气流量增加而减小,随送粉电压增加而增大,随喷嘴工作高度增加而减小;基体上粉斑直径随喷嘴工作高度和气流量增加而增大。以基体上平均粉末浓度最大,粉斑直径最小为优化目标,基体上平均粉末浓度与粉斑直径的模拟值与预测值进行比较,误差分别为6.6%和1.74%。该研究可以为激光熔覆技术在工业应用中参数选取提供理论指导。

H13钢表面激光熔覆Ni基涂层的组织与耐磨性能

使用Nd∶YAG激光器在H13钢表面制备了Ni基涂层,采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪及摩擦磨损试验机,研究了涂层组织形貌、物相组成和耐磨性能。结果表明,涂层由细小树枝晶和共晶组成。树枝晶主要由γ-Ni固溶体组成,而共晶相由M_(23)C_6、M_7C_3、Ni_3Fe、Ni_3B等组成。涂层表面相对于其他区域,晶粒更为细小且晶粒方向性消失。涂层平均硬度(HV_(0.2))为708.4,是淬火回火态H13钢的1.60倍。不同磨损条件下,激光熔覆层耐磨性能皆优于H13钢;并随载荷、转速增加,涂层表现出更好的耐磨性能。磨损试验表明,涂层主要为磨粒磨损并伴随少量粘着磨损,H13钢主要为粘着磨损并伴随少量磨粒磨损。

铜合金表面激光熔覆Ni基涂层的组织及界面结构

采用预置粉末法,在Cu-0.9Cr-0.26Zr铜合金基体上激光熔覆了Ni基涂层。利用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪及透射电镜等研究了Ni基涂层组织、涂层/基体的界面结构和互扩散行为。结果表明,含适量Al的KF-6合金在激光与反应放热耦合作用下形成了与基体润湿良好、冶金结合的界面,熔覆层无缺陷,且组织致密呈细小枝晶状。熔覆层主要由γ-Ni固溶体、AlNi3和Al3Ni5组成,界面区为(Ni,Cu)固溶体。激光非平衡作用下,熔池内溶质再分配,界面附近固相的实际浓度增大,相应界面附近熔体浓度降低,界面区成分过冷而形成层状光亮带。界面区TEM组织大小均匀,晶粒达亚μm级,(Ni,Cu)固溶体是良好冶金结合界面的基础。

WC颗粒增强Ni基涂层的残余应力及耐磨性能

用扫描电子显微镜(SEM)观察了等离子喷涂WC颗粒增强Ni涂层的显微结构,用X射线衍射法(XRD)测试了不同WC含量下涂层及粘结层表面残余应力,利用摩擦磨损试验机和共聚焦激光扫描显微镜研究了涂层的磨损机制。结果表明:涂层表面残余应力为压应力,且随着WC含量的增加先增大后减小,随着涂层厚度的增加而增大,厚度为1000μm时出现分层失效,热应力对粘结层残余应力的贡献最大。一定幅值的压应力有利于涂层耐磨性的提高,同载荷下磨损量仅为基体的0.135倍,涂层磨损机制主要为磨粒磨损。