基于响应面法的Ni60/WC涂层表面织构皮秒分束工艺参数预测研究

目的实现六分束激光在Ni60/WC涂层表面烧蚀目标织构激光加工工艺参数的精确选择。方法基于CCD响应面法,设计在不同的激光工艺参数下对Ni60/WC涂层表面进行织构烧蚀试验,以激光频率、扫描次数、扫描速度为影响因素,以圆凹坑织构直径、深度及由其直径和深度综合加权所得的综合目标为响应目标,建立目标织构所需激光工艺参数的预测模型,以织构直径、深度及综合目标作为优化条件,对预测模型进行实验验证。结果扫描次数对织构直径的影响最显著,单个脉冲光斑上所聚集的能量大小是影响织构直径误差的关键因素。对织构深度影响最显著为扫描次数和频率,织构深度与扫描次数、频率呈正相关,不同因素间的交互作用是影响织构加工结果的关键。通过对预测模型所优选的参数进行实验验证发现,以织构直径和深度、综合目标建立的预测模型优选工艺参数所加工圆凹坑织构的质量评价指标与其预测指标的误差率分别为19.37%、3.57%。功率为6 W时,六分束激光加工最优工艺参数为速度5500 mm/s、频率400 kHz、扫描2次。结论通过综合目标建立的Ni60/WC涂层表面圆凹坑织构六分束激光加工参数优选预测模型精确程度较高,能够实现Ni60/WC涂层表面加工所需织构激光参数的准确预测,为涂层表面织构加工激光参数精确选择提供了理论依据。

激光熔覆Ni60A+WC/12Co复合涂层的组织及性能

采用激光熔化同步输送Ni6 0A +30wt%WC/ 12Co复合粉末 ,在适度预热后的 45钢表面激光熔覆获得了一定厚度的复合涂层。涂层中镶嵌着大量与基体合金结合良好的Co包WC颗粒。熔覆过程中Co包WC颗粒很少发生溶解。涂层与基板为冶金结合 ,对基板的适度预热避免了涂层的开裂。所得涂层具有很高硬度 ,涂层基体硬度为 10 30HV0 3,Co包WC颗粒硬度达2 0 5 0HV0 3。

WC/12Co颗粒增强Ni60A复合涂层的组织及耐磨性能

采用超音速等离子喷涂技术在45#钢表面制备不同配比的WC/12Co+Ni60A复合涂层.利用SEM、EDS、XRD等分析技术对该涂层的形貌特征、物相组成和微区成分进行分析,并对涂层硬度及耐磨性进行测试.结果表明:在Ni60A中添加WC/12Co颗粒可使涂层的硬度和耐磨性显著提高,当WC/12Co质量分数为30%时,复合涂层的耐磨性较Ni60A涂层的耐磨性提高10.4倍;WC/12Co+Ni60A复合涂层主要由WC增强颗粒、γ-Ni基体及基体上分布的Cr2B、Cr7C3、Ni3Si2、W2C等相组成.其中大部分未熔的WC颗粒弥散分布在γ-Ni基体上形成硬质点相,是提高涂层耐磨性的主要因素;同时WC颗粒的存在对γ-Ni基固溶体基体有强化作用,使得涂层耐磨性进一步提高.

Cr12MoV模具钢激光熔覆Ni60/WC复合涂层的组织与性能

采用激光熔覆方法在Cr12MoV模具钢基体上制备Ni60/WC复合涂层,研究了WC颗粒在Ni60涂层中的分布,以及加入WC颗粒对于Ni60涂层的形貌、耐磨性能的影响。结果表明:在Ni60/WC复合涂层中,合理的激光功率使WC颗粒部分熔化,并在颗粒周围重新凝固并析出针状碳化物,这既有利于提高涂层的硬度又能使未熔化的WC颗粒与涂层基体合金牢固结合。

HVOF热喷WC-12Co和Ni60涂层在不同攻角下的固体粒子冲蚀行为

目的解决输气管线弯头冲蚀损伤而导致的刺漏问题。方法采用超音速火焰喷涂(HVOF)方法在20#钢基材上分别制备WC-12Co和Ni60涂层。采用显微硬度计测试基材及涂层截面显微硬度。采用X射线衍射仪(XRD)分析涂层表面成分。采用自制喷射式气固冲蚀试验机开展30°、50°、90°3种攻角下固体粒子冲蚀(SPE)试验。采用扫描电子显微镜(SEM)观察SPE试验前后表面和截面的微观形貌,开展基材和2种涂层的SPE机理及冲蚀速率研究。结果在30°攻角下,SPE机理以犁削为主,冲蚀速率受表面硬度的影响较大,20#钢冲蚀速率最大,而WC-12Co涂层的冲蚀速率最小;在50°攻角下,SPE机理为犁削和多冲疲劳混合机理,20#钢的冲蚀速率仍然最大,Ni60涂层和WC-12Co涂层的冲蚀速率相当,均较小;在90°攻角下,冲蚀机理以多冲疲劳损伤为主,WC-12Co涂层的缺陷较少,界面无裂纹,冲蚀速率最小,而Ni60涂层界面处存在裂纹,内部缺陷较多,抗疲劳性能差,冲蚀速率最高。结论WC-12Co涂层在3种不同攻角下都表现出优异的抗冲蚀性能,为提升输气管线弯头抗冲蚀损伤提供了有力的保障。

AC-HVAF喷涂Ni60/WC复合涂层组织及性能研究

利用活性燃烧高速燃气(AC-HAVF)喷涂技术在0Cr13Ni5Mo不锈钢上制备了Ni60/WC复合涂层,研究了其微观组织及耐磨耐蚀性能.结果表明:涂层主要由Fe-Ni固溶体以及Cr0.19Fe0.7Ni0.11,WC,M6C(Ni2W4C或Fe3W3C),Cr26C3,CrB2等相组成;涂层与基体结合很好,涂层的孔隙率约为2.5%;WC,M6C,Cr26G3,CrB2等硬质相弥散分布于涂层中,部分区域硬质相达到了200～800 nm;涂层硬度分布不均匀,平均硬度为685HV;涂层具有优异的耐磨耐蚀性,其磨损体积是0Cr13Ni5Mo不锈钢的1/8.8,平均腐蚀速度是0Cr13Ni5Mo不锈钢的1/2;涂层的磨损机理以疲劳磨损为主,弥散分布的硬质相是涂层硬度以及耐磨性提高的主要因素.

AC-HVAF喷涂Ni60/WC复合涂层微观组织及冲刷磨损性能研究

利用先进的AC-HAVF喷涂技术在0Cr13Ni5Mo不锈钢上制备了Ni60/WC复合涂层.研究了其微观组织及耐磨性能.试验结果表明:涂层主要由Fe-Ni固溶体以及Cr0.19Fe0.7Ni0.11、WC、M6C(Ni2W4C或Fe3W3C)、Cr26C3、CrB2等相组成,未发现W2C以及W相;涂层与基体结合很好,涂层的孔隙率约2.5%;WC、M6C(Ni2W4C或Fe3W3C)、Cr26C3、CrB2硬质相弥散分布于涂层中,部分区域硬质相达到了200～800nm;涂层具有优异的耐冲蚀磨损性能,其耐磨性较基体有很大的提高.涂层应用于水轮机叶片的修复,三个月汛期使用后涂层良好.

WC–12Ni硬质涂层在模拟土壤环境中的磨料磨损行为

采用美科LF–HVOF超音速火焰喷涂系统,对45钢表面喷涂厚约300μm的WC–12Ni硬质涂层,利用显微硬度计、X射线衍射仪和场发射扫描电镜分别表征硬质涂层的硬度、相结构和表面形貌;以65Mn弹簧钢作为对比材料,利用湿砂橡胶轮磨损试验测试涂层的磨料磨损性能。结果表明:WC–12Ni硬质涂层硬度为1 020HV0.3,碳化钨硬质颗粒的相结构为WC相与少量WC1–x相,粘结相镍为面心立方Ni相,碳化钨硬质颗粒大小为2~10μm,均匀致密,孔隙率为8%;随砂水比由3∶1降至3∶2、载荷由40 N增至110 N,WC–12Ni硬质涂层的磨损失重在53~80 mg范围波动,仅为65Mn弹簧钢磨损失重的1/14;WC–12Ni硬质涂层的磨损为粘结剂磨损导致的硬质颗粒局部剥落以及硬质颗粒的微量磨损,可延长旋耕刀具等土壤工作部件的寿命。

有氧烧结Ni60/WC合金涂层的组织和性能

在有氧烧结条件下,在45钢基体上制备Ni60/WC自熔合金涂层。利用XRD、SEM、EDS等对涂层的组织和性能进行分析。结果表明:涂层中主要有γ-(Ni,Fe)、WC、(Cr,Ni)23C6、Co3W3C、Ni2B等相组成,涂层平均显微硬度为918.4HV0.1;在磨粒磨损条件下,磨损率为1.47×10-2 cm3/h;过渡层的显微硬度从918.4HV0.1至220HV0.1呈梯度分布,宽度约为0.30mm。

Ni60/WC涂层表面圆凹坑皮秒激光加工关键参数研究

目的优化激光路径填充方式以减少皮秒加工圆凹坑底部的堆积现象,并探究基于该激光路径填充方式的皮秒激光关键参数对Ni60/WC涂层表面圆形凹坑形貌参数的影响规律。方法采用搭建的紫外皮秒激光微加工平台在Ni60/WC涂层表面加工预先规划的直径为230μm的圆凹坑,通过白光干涉仪测试加工所得圆凹坑的整体三维形貌对圆凹坑底部形貌进行表征。采用同心圆网格复合激光路径填充方式对圆凹坑底部堆积现象进行优化,并通过单因素法分析该路径下皮秒激光关键参数,即加工功率、扫描次数、扫描速度对圆形凹坑深度、直径和圆度系数的影响规律。结果通过优化的同心圆网格复合激光路径填充方式加工所得圆凹坑材料去除体积为7.59×106μm3,轮廓算术平均高度为21.37μm,对比原始的网格激光路径填充方式,加工的圆凹坑底部无明显堆积;基于此激光路径填充方式,在测试工艺参数范围内,圆凹坑深度、直径和圆度系数随激光功率的增大呈二次函数增大;随着扫描速度的增大,圆凹坑深度、直径呈线性减小,圆度系数呈线性增大;圆凹坑深度、直径和圆度系数随扫描次数的增加均呈线性增大。结论同心圆网格复合激光路径填充方式可以有效改善Ni60/WC涂层表面皮秒加工圆凹坑底部堆积现象,针对直径(230±5)μm、深度(30±5)μm的圆凹坑,优选出的皮秒激光加工参数范围为:激光功率6~7 W,扫描速度6000~8000 mm/s,扫描次数1~2次。

WC/Ni60真空熔烧涂层的组织结构特性

研究了真空熔烧WC Ni60复合涂层的显微组织结构特性 ,并测定了沿层深方向的显微硬度分布。研究结果表明 ,涂层与母材 4 5钢在界面处形成牢固的冶金结合 。

氩弧熔覆工艺参数对Ni60+WC系熔覆层组织和耐磨性的影响

用自行设计的半自动氩弧熔覆设备熔覆Ni60+WC系合金涂层,研究了工艺参数对熔覆合金层的组织和耐磨性的影响。结果表明,增大电流和降低熔覆速度,会使熔覆层组织粗化,耐磨性降低。

WC/Ni60A等离子喷涂层的相结构分析

利用Ｘ射线衍射，ＳＥＭ； ＥＤＡＸ； ＴＥＭ及选区电子衍射等手段研究了 ＷＣ／ Ｎｉ６０Ａ等离 子喷涂层的显微组织及其相结构结果表明：涂层组织呈片层状。在Ｎｉ基合金片层中的镍基固溶体上析出 了大量高度弥散分布的 Ｍ_７Ｃ_３， Ｍ_２３Ｃ_６及 Ｎｉ_３Ｂ；由于等离子喷涂温度较高， ＷＣ大部分熔化并与 Ｎｉ 包覆层互溶，发生高温分解。

Cr12MoV钢激光熔覆Ni基WC合金性能研究

对Cr12MoV钢表面激光熔覆不同成分Ni基WC合金的熔覆层性能进行了研究。实验表明,在较优工艺参数下,激光熔覆Ni60+30%WC熔覆层的次表面硬度可达67～68HRC。在加入WC硬质相后,熔覆层的硬度变化不大,而耐磨性能却得到很大的提高,相应的脆性和产生裂纹的倾向增大。

WC添加量对Ni60基合金粉末喷焊层耐磨耐蚀性的影响

采用"一步法"氧气-乙炔火焰喷焊技术,在Q235钢基体上分别喷焊Ni60、Ni60+20%WC和Ni60+35%WC三种合金粉末,对喷焊层进行了金相观察、硬度试验和干摩擦磨损、腐蚀磨损试验,分析了三种合金粉末的喷焊层的金相组织,探讨了WC加入量对喷焊层硬度以及对喷焊层耐磨耐蚀性能的影响。结果表明,WC含量升高,Ni60基合金粉末喷焊层的耐磨耐蚀性提高。

WC初始状态对激光熔覆Ni60/WC涂层组织及性能的影响

分别以Ni60+30 mass%WC粉末和Ni60+30 mass%Ni包WC粉末为原料,采用激光熔覆技术在45钢表面制备了Ni60/WC涂层,研究了WC初始状态对激光熔覆Ni60/WC涂层组织及性能的影响。结果表明:涂层表面质量均良好,无明显裂纹及气孔等缺陷;观察涂层截面组织发现形貌发现,涂层均能与基体形成良好的冶金结合,但Ni60+30 mass%WC涂层内部存在少量孔洞和微裂纹,WC粒子较大,而Ni60+30 mass%Ni包WC涂层组织均匀且致密,内部无气孔和裂纹,WC粒子分布相对均匀;Ni60+30 mass%WC涂层和Ni60+30 mass%Ni包WC涂层的物相主要由γ-(Fe, Ni)、M_(23)C_(6)、M_(7)C_(3)和WC等组成;Ni60+30 mass%WC与Ni60+30 mass%Ni包WC涂层的平均硬度分别为53 HRC和57 HRC,平均摩擦系数分别为0.54012和0.53631,磨损量分别为0.00172 g和0.00132 g。

超音速火焰喷涂Ni60-40WC涂层高频感应重熔处理及其水润滑摩擦磨损性能

为进一步提高重熔涂层的性能,采用超音速火焰喷涂与高频感应重熔复合工艺在17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢上制备了孔隙率低且含WC硬质相的Ni60-40WC涂层,利用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子探针和维氏显微硬度计表征了涂层显微组织及特性,采用摩擦磨损试验测试了涂层的水润滑磨损性能。结果表明:感应重熔促使涂层组织均匀化,涂层与基体界面元素互扩散形成了连续的界面冶金结合;随着感应电流增大,重熔程度增强,界面扩散区增厚,从860 A的厚约5μm增加至920 A的10μm左右;界面区不锈钢基体侧产生了30～50μm厚的热影响区,由马氏体转变为铁素体;感应重熔对涂层显微硬度改善不明显,可主要归结为Cr_7C_3和Cr_(23)C_6等硬质相弥散析出作用,但重熔涂层比磨损率显著降低,仅约为喷涂态涂层的1/3;喷涂态涂层磨痕呈现出典型WC颗粒脱落及破碎导致的犁沟形貌特征的磨粒磨损,感应重熔涂层磨痕光滑平整,为轻度磨粒磨损,摩擦系数降低了1个数量级;涂层扁平粒子之间、硬质相与Ni60合金组织之间的元素扩散,有效增强了涂层内聚力,抑制了摩擦接触中WC颗粒的脱落,改变了摩擦磨损机制。

H13钢表面激光熔覆原位生成WC增强Ni60梯度涂层的组织及性能

在H13钢表面采用激光熔覆技术制备了WC增强Ni60梯度涂层,使用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、万能摩擦磨损实验机对涂层的显微组织、物相组成、显微硬度和摩擦磨损性能进行分析。结果表明,WC增强Ni60梯度涂层气孔、裂纹缺陷较少,能够与基体形成良好的冶金结合。梯度涂层表面物相主要有铁碳化合物(FexC)和铁镍固溶体((Fe,Ni)_(23)C_(6)、Ni_(4)B_(3))以及WC、W_(2)C、Cr_(7)C_(3)等陶瓷增强相。制备的梯度涂层使模具钢表面的硬度和耐磨性得到了显著提高,其表面显微硬度最高值约为基体的4倍,磨损量仅为基体的18%左右,磨损机理主要为粘着磨损、脆性剥落和磨粒磨损,能够延长模具的使用寿命,减少资源的浪费。

42CrMo钢火焰喷涂Ni60/WC涂层的电接触强化研究

目的研究电接触强化对氧乙炔火焰喷涂后42CrMo基体表面涂层组织与性能的影响,以改善涂层与基体之间的结合强度,提升基体表面性能。方法利用氧乙炔火焰喷涂,在基体表面制备Ni60/WC涂层,再进行电接触强化。通过金相显微镜、扫描电镜及能谱分析等方式,对涂层及基体进行显微组织观察和物相分析,利用维氏显微硬度仪测量涂层到基体的硬度分布,并对电接触强化前后的数据进行对比分析。结果在热喷涂涂层厚度一定的情况下,经15 k A电流强度电接触强化后,涂层的致密性显著提高,孔隙明显减少,与基体接触部分的界面缝隙消失,结合方式发生改变。涂层硬度均匀性改善明显,维氏硬度显著提高,由原来400HV提升至720HV左右。涂层内部形成了Cr元素聚集区,W元素扩散明显,形成了合金元素碳化物,对涂层起到弥散强化作用。结论电接触强化能显著提高涂层性能与质量,改变涂层与基体之间的结合方式。