重熔对超高速激光熔覆Fe基涂层组织性能的影响

采用中心送粉式超高速激光熔覆方法在Q460钢基体制备Fe基合金涂层,并对涂层进行激光重熔处理,之后利用激光共聚焦(LCSM)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及电化学工作站、显微硬度计、摩擦磨损仪分析重熔前后熔覆层的宏观形貌、微结构及性能。同时,利用COMSOL软件模拟熔覆和重熔过程涂层热场分布。结果表明:中心送粉式超高速激光单次熔覆可成形微米级厚的Fe基涂层,涂层无裂纹、孔洞等缺陷,稀释率仅为6.82%;重熔后的涂层平整度增加且近表面晶粒明显细化,沿生长方向呈梯度结构;重熔样品具有更高的耐腐蚀性,硬度提高约33%,表现出更优的耐磨性;模拟发现,重熔过程中涂层表面的温度梯度明显高于涂层内部,导致涂层梯度结构的形成,涂层表面晶粒细化有利于其表面耐蚀耐磨综合性能的提升。

基于激光重熔的SLM成形316L不锈钢温度场仿真及工艺优化

SLM成形过程中激光重熔可改善冶金质量和提高性能,但是目前激光重熔对温度场的影响尚不清楚。本工作利用有限元方法建立316L不锈钢模型,对比未重熔与激光重熔的温度场特征,分析不同重熔工艺参数下的温度结果和不同重熔工艺参数下所制备样品的致密度和孔隙尺寸。结果表明,激光重熔有较好的预热效果,单层成形最低温度提高了约69%,多层成形因热量扩散影响预热效果仅将温度提高10%。激光重熔工艺对激光第一次扫描的最高温度没有影响,但可提高第二次扫描的温度。重熔激光能量密度从29 J/m升至117 J/m,最高温度上升了36.40%,最低温度上升了12%。致密度的改善不明显,但孔隙尺寸有明显的减小。当激光重熔能量密度为50 J/m时,致密度高达99.95%,孔隙的深度和宽度下降了64.9%和35.2%。

激光表面重熔对CoCrFeNiW_(0.5)高熵合金组织及性能的影响

采用真空氩弧熔炼制备了非等原子比CoCrFeNiW_(0.5)高熵合金并进行了激光表面重熔处理,系统研究了激光表面重熔对合金相组成、显微组织、硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明:铸态高熵合金的显微组织由枝晶FCC相及枝晶间(FCC+μ)共晶组织组成,激光重熔后合金的共晶组织消失并且晶粒明显细化,金属间化合物μ相以颗粒状分布在等轴FCC的晶界上。与铸态合金相比,激光重熔后合金的硬度提升约17%,与Si_(3)N_(4)陶瓷配副时的摩擦系数降低约7%,磨损率降低约75%,这主要归因于激光重熔过程引起的细晶强化、固溶强化,以及合金组织成分均匀性的提升。

激光重熔对等离子喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层组织和耐腐蚀性能的影响

现有关于高熵合金涂层重熔处理的研究大多集中在涂层的组织结构、力学性能和耐磨损性能等方面,对其耐腐蚀性能的研究较少。为了揭示激光重熔对高熵合金涂层耐腐蚀性能的影响,采用等离子喷涂技术在AISI 1045钢表面制备AlCoCrFeNi高熵合金涂层,并采用激光重熔工艺对其进行重熔处理,对重熔前后涂层的组织结构和耐腐蚀性能进行对比研究。结果表明:激光重熔基本消除了喷涂层中的孔隙和裂纹等缺陷,涂层与基体之间由机械结合转变为冶金结合;重熔层由BCC固溶体相和少量FCC析出相组成,组织形态呈树枝晶状。极化曲线和电化学阻抗谱分析表明,激光重熔可以改善AlCoCrFeNi高熵合金涂层在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀性能。激光重熔后,涂层的自腐蚀电位从-0.421 6 V增加到-0.282 1 V,腐蚀电流密度从4.809×10^(-7)A/cm^(2)降低到1.475×10^(-7)A/cm^(2)。长期浸泡腐蚀试验也表明重熔层的耐腐蚀性能要显著优于喷涂层。通过等离子喷涂结合激光重熔技术得到缺陷较少、耐腐蚀性较好的高熵合金涂层,对于高熵合金的广泛应用具有重要的参考价值。

激光重熔工艺对粉末床熔融纯钼组织及力学性能的影响

由激光粉末床熔融(LPBF)成形的纯钼材料普遍存在着致密度低、孔隙缺陷多的问题,对其宏观力学性能具有较大影响。重熔作为LPBF工艺中常见的扫描策略,对提高难熔金属的致密度、改善其力学性能具有重要作用。采用重熔与未重熔工艺分别获得了纯钼试样,研究了两种工艺试样的微观组织与力学性能差异,通过对比致密度、缺陷、微观组织以及维氏硬度与拉伸性能,揭示了重熔工艺对LPBF纯钼成形质量的影响规律及作用机制。结果表明:重熔后缺陷明显减少,致密度得到了显著提高,晶粒增大,平行于成形方向的硬度提高、强度降低、断后伸长率增加,为增材制造金属钼及其合金的性能调控提供了参考。

激光重熔功率对镍基高温合金熔覆层组织性能的影响

为了解决镍基高温合金涂层“强度有余,韧性不足”的问题,采用激光重熔工艺处理激光熔覆Inconel718合金涂层,研究重熔功率对涂层表面形貌、物相组成、显微组织和拉伸性能的影响。结果表明:重熔后的熔覆层表面粉末附着减少,表面形貌得到明显改善;激光重熔后熔覆层的组织仍是由γ-(Ni,Fe,Cr)和γ″-Ni_(3)Fe双相组成,随着激光重熔功率的增大,组织中γ″-Ni_(3)Fe相的体积分数先增加后减少,且涂层顶部和中部组织的晶粒尺寸先减小后增大;经重熔后涂层的拉伸强度和屈服强度略有降低,但伸长率获得显著提升,重熔功率为1200、1350和1500 W时分别提高了47.4%、52.6%和48.7%;重熔功率为1350 W时试样断口中韧窝分布均匀,此功率重熔处理的涂层韧性最好。激光重熔工艺可以有效地提高熔覆层的力学性能。

扫描速率对激光重熔微弧氧化层组织性能影响研究

为了提高汽车车身用铝合金的表面力学性能,设计了复合工艺的加工处理,通过微弧氧化(MAO)和激光重熔(LR)技术对6061铝合金表面进行复合处理。通过调节激光扫描速度,制备具有良好力学性能的6061合金表面陶瓷(α-Al_(2)O_(3))层。研究结果表明,经LR、MAO复合处理后,致密层主要为比较稳定的α-Al_(2)O_(3)相,疏松层为亚稳态的Mg_(3)Al_(2)(SiO_(4))_(3)和Mg_(2)Si相构成,复合处理有效改善了材料组织结构。此次使用MAO与LR复合工艺制备的表面陶瓷层显微硬度显著提高,平均硬度最高可达220 HV,陶瓷层结合强度随扫描速度增加先上升后降低并且材料表面亲水性降低。

AZ31镁合金FSP+激光重熔表面改性组织与性能研究

为了探究扫描速度对FSP/激光重熔AZ31镁合金复合改性的组织、力学性能与耐腐蚀性能的影响,采用体视镜、共聚焦显微镜、X射线衍射仪、维氏硬度计和电化学工作站等仪器研究了不同扫描速度下FSP/激光重熔AZ31试样的组织与力学性能。结果表明:随着扫描速度的增大,宏观形貌更加平整,晶粒尺寸随之细化,β相的含量也随之减小;扫描速度从1 200 mm/min增至1 800 mm/min时,熔凝区与热影响区的显微硬度随之增大且均高于FSP-AZ31试样,当速度达到1 800 mm/min时,熔凝区显微硬度达到最大,为71.62 HV,相比于FSP-AZ31提升了23.82%;当扫描速度增大,改性后试样的耐腐蚀性能逐渐增强,扫描速度为1 800 mm/min的试样腐蚀电流密度最小,为2.15×10^(-4)A/cm^(2),但高于FSP-AZ31的腐蚀电流密度。

重熔对激光熔覆Fe60涂层的组织与性能影响

为提高45#钢表面的显微硬度及耐磨性能,以Fe60自熔性合金粉末作为熔覆层原料,通过激光熔覆和激光重熔工艺制备熔覆涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)观察涂层的显微组织,利用维氏硬度计、磨损实验机、三维形貌仪等仪器进行显微硬度、耐磨性能及磨损机制的测试。结果表明:激光熔覆制备的涂层枝晶组织尺寸较大,激光重熔后的涂层枝晶晶粒细化且更加致密。相较于基体,激光熔覆制备的涂层平均硬度为670 HV,是基体的3.38倍,激光重熔后的涂层平均硬度为682 HV,相较于基体硬度提升3.43倍。经过激光重熔及激光熔覆涂层的摩擦系数、磨损量相较于基体得到显著降低,其磨损量分别降低了8倍、2.67倍,耐磨性能得到显著提升,涂层的摩擦磨损形式为磨粒磨损及黏着磨损。

激光重熔功率对HVOF喷涂WC-Ni涂层耐磨性的影响

为了探究微观组织结构的改变对涂层的硬度和耐磨性的影响,使用低成本的超音速火焰喷涂(HVOF)技术预沉积WC-Ni涂层,并利用50~150 W功率激光重熔后处理涂层,研究了激光重熔功率对WC-Ni涂层的显微组织、物相组成、显微硬度、耐磨损性能的影响。结果表明:采用150 W激光重熔后,涂层中的WC形成了蜂窝状骨架结构,使材料的韧性增强,可以显著抑制裂纹的生成和扩展;当激光功率较低时(50 W和100 W),涂层中并没有形成蜂窝状的骨架结构,但由于激光热作用,原始涂层扁平粒子之间的内聚力增强,硬度和耐磨性都有一定的提高。原始的WC-Ni涂层的硬度平均为327 HV_(0.2),50 W和100 W处理后涂层的硬度分别变为335 HV_(0.2)和346 HV_(0.2)。但150 W处理后的涂层中形成了均匀的蜂窝状WC骨架结构,且有部分WC和Ni形成了Ni4W,故150 W处理后的涂层硬度略有降低(288 HV_(0.2)),不过150 W处理后的涂层中的WC演变成了网状骨架结构,可以良好地抑制裂纹的形成与扩展,其磨损率最低,仅为3.544×10^(-5)mm^(3)/(N·m),相较于WC-Ni涂层[2.025×10^(-4)mm^(3)/(N·m)]、50 W[1.424×10^(-4)mm^(3)/(N·m)]和100 W[1.132×10^(-4)mm^(3)/(N·m)]激光重熔后涂层的磨损率分别降低了83.9%、75.1%和68.7%。蜂窝状WC-Ni结构涂层为开发耐磨材料提供了新的思路。

激光重熔对激光粉末床熔合制备Ti-6Al-4V合金热稳定性的影响机制研究

研究了激光重熔(LR)对激光粉末床熔合(LPBF)制备Ti-6Al-4V合金的组织性能和热稳定性的影响。结果表明,LR处理后,LRed-Ti-6Al-4V钛合金样品内α′相热稳定性显著提升,β-Ti相出现的温度点由500℃升至700℃。热处理后,LPBF-Ti-6Al-4V钛合金内晶粒持续生长,700℃以上出现明显的“短棒状”和“粗层片状”特征;而LRed-Ti-6Al-4V样品表层熔化区内晶粒仍维持等轴特征,700℃以上的熔化区和热影响区内呈现较为均匀细小的针状组织。两组样品的表面显微硬度值随温度升高而不断降低,并且分别在700℃和850℃显著下降,β-Ti晶粒的迅速粗化是引起硬度下降的主要原因。

等离子喷涂与激光重熔复合制备Mo_(2)NiB_(2)涂层的组织和性能研究

采用大气等离子喷涂方法在Q235低碳钢表面制备Mo_(2)NiB_(2)基金属陶瓷涂层,选取300 W和500 W功率对其进行激光重熔。结果表明,激光重熔可以显著减少涂层的缺陷,使组织结构变得更加致密,界面处的弱机械结合转变为良好的冶金结合。随着激光功率的提高,涂层的结合强度和耐腐蚀性能提高,最大结合强度为38.08 MPa,最小腐蚀电流为0.033μA/cm^(2),但硬度和耐磨性降低,最小硬度为1781HV0.2,最大体积摩擦率为6.25×10^(-5)mm^(3)/(N·m)。上述等离子喷涂及2种激光重熔的Mo_(2)NiB_(2)基金属陶瓷涂层的硬度、结合强度、耐磨性和耐腐蚀性都明显高于Q235低碳钢基体。

激光重熔Ni60合金涂层组织特征研究

矿用液压支架液压缸在材料耐磨性及强度等方面的要求较高,而常规制造手段往往成本较高且工艺复杂。为解决这一问题,对金属表面热处理技术进行了深入研究。选用Ni60自熔性合金粉末作为熔覆层材料,以Q235钢为基材,进行了火焰喷涂+激光重熔工艺试验研究。通过光学显微镜观察,分析试样在不同工艺参数下基体、结合界面和熔覆层的组织形貌特征。结果显示,熔覆层与基体形成了冶金结合,界面形成了一条光亮结合带。进一步观察发现,激光重熔覆层组织晶粒细小、致密,且存在大量的树枝晶。利用显微硬度测试仪对熔覆层、过渡层和基体的硬度进行了测试。结果表明,激光重熔覆层的硬度远远高于基体。为了深入研究激光重熔工艺参数对熔覆层组织与性能的影响,测试了不同激光功率和扫描速度下的组织与硬度。研究发现,在激光功率相同时,随着扫描速度的提高,熔覆层获得的组织更细小,其硬度和耐磨性也得到进一步提高。

二次固溶对TC4钛合金激光抛光表面重熔层影响研究

激光抛光重熔层物化性质异于母材,其交界面不稳定,在复杂外界环境下将引发材料界面断裂与脱落,影响器件运行,威胁装备安全,如何缩减重熔层成为激光抛光领域亟待解决的关键问题。因此,提出了一种基于二次固溶缩减激光抛光重熔层的新方法,对比研究了固溶前后激光抛光钛合金表面形貌、微观组织、显微硬度、耐磨性能的变化,实现了重熔层微观组织向母材组织的转化、重熔层厚度的缩减以及显微硬度与耐磨性能的提升,阐明了二次固溶在重熔层显微组织转化过程中蕴含的深层物理机制。此外,原始钛合金面粗糙度(Sa=1.62μm)经激光抛光(Sa=243 nm)后降幅可达85%,而整个固溶过程不改变激光抛光表面粗糙度。

等离子喷涂-激光重熔陶瓷涂层存在问题及改进措施

等离子喷涂是目前国内、外最常用的金属表面陶瓷涂层技术,但涂层的组织呈粗大的片层状、孔隙度较高、裂纹较多,且涂层与基材间为机械结合.等离子喷涂层的激光重熔为这一技术难题的解决提供了一条新的途径,使陶瓷材料的优异性能充分发挥出来.为此,综述了国内、外激光表面重熔等离子喷涂陶瓷涂层的研究现状,总结了等离子喷涂陶瓷涂层激光重熔后的组织特征与性能特点,分析了激光重熔过程中存在裂纹和剥落等问题的原因,提出了这些问题的解决途径,并展望了该项技术的应用前景.

激光重熔Al_2O_3-TiO_2涂层的强韧性能

采用等离子喷涂和激光重熔复合工艺在Ti-6Al-4V基体上制备了Al2O3-TiO2涂层,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度试验和压痕试验等方法研究了激光重熔对涂层的组织及强韧性能的影响.结果表明,等离子喷涂Al2O3-TiO2涂层中的主相为γ-Al2O3,而相应重熔涂层中的主相为α-Al2O3.激光重熔可消除喷涂态涂层内部的孔隙、微裂纹和层状堆垛等微观缺陷,获得致密化的组织,并使涂层与基体形成良好冶金结合.重熔涂层的硬度比相应喷涂态涂层约提高了50%,裂纹扩展抗力相比喷涂态涂层提高了近两倍.激光重熔纳米涂层中的未熔增强颗粒和纳米结构特性等对涂层起到了协同强化和韧化作用.

45钢表面激光重熔温度场数值模拟

根据传热学理论和数值模拟方法研究温度场的分布规律,在考虑了热物性参数、换热系数、相变潜热随温度变化的因素,应用ANSYS有限元软件的参数化设计语言建立了45钢表面激光重熔连续移动三维瞬态温度场有限元模型。结果表明:提高激光功率对增大相变硬化区效果不大,反而形成较大的熔池而使重熔表面粗糙。与激光功率相比,激光扫描速度对试样温度场的影响较小。经过激光重熔后,形成重熔区、相变硬化区和基体三个区域。实验结果较好地验证了模拟结果,表明所建立的温度场计算模型是正确和可靠的。通过该计算模型,可以掌握金属表面激光重熔过程加热和冷却规律,为制备高性能表面改性层选择合适的工艺参数提供依据。

激光重熔改性等离子喷涂陶瓷涂层的组织及其耐腐蚀性能

以纳米Al2O3粉末为填料,采用激光重熔等离子喷涂陶瓷涂层技术,在45号钢表面制备了纳米改性Al2O3+13%(质量分数)TiO2/nano Al2O3复合陶瓷涂层。用X射线衍射仪、扫描电镜研究了纳米Al2O3改性后的陶瓷涂层的组织及涂层的耐腐蚀性能。结果表明,在激光的作用下,原等离子喷涂层Al2O3+13%TiO2的片层状组织得以消除;激光重熔区亚稳相γ Al2O3转变为稳定相α Al2O3,重熔层由α Al2O3和TiO2组成。与等离子喷涂Al2O3及Al2O3+13%TiO2陶瓷涂层相比,纳米Al2O3改性后的Al2O3+13%TiO2/nano Al2O3陶瓷涂层致密化程度明显提高,耐腐蚀性能也得到了明显的改善。

Ti-6Al-4V激光重熔结构及摩擦学性能

利用激光重熔技术对Ti-6Al-4V(TC4)表面进行了处理。用XRD、SEM和TEM分析了合金化层的组成和组织结构。在SRV-IV微动摩擦磨损试验机上对TC4基材和激光重熔后TC4的摩擦磨损性能进行对比测试。结果表明:激光重熔可以细化TC4的晶粒,显著提高TC4的表面硬度和耐磨性能。