预氧化技术对NiAl激光熔覆涂层组织及性能的影响分析

深入探讨预氧化技术对NiAl激光熔覆涂层的影响,包括涂层的组织结构和硬度、摩擦系数、耐磨性等关键性能指标。实验结果表明,经预氧化技术处理后,NiAl激光熔覆涂层除了NiAl主相外,还新增了Al_(2)O_(3)物相,且涂层硬度在NiAl涂层的基础上提升了约20%,摩擦因数降低了约23%,同时耐磨性得到显著提升。由此得出,通过预氧化技术使NiAl激光熔覆涂层实现了从组织结构到性能的良性转变,有较高的实践应用价值。

粉体预氧化对NiAl激光熔覆涂层组织和性能的影响

目的激光熔覆是集节能、环保、减排于一身的低碳技术,能够解决涂层存在的粗大枝晶、较大开裂敏感性及纳米增强颗粒昂贵等难题。方法借助Al颗粒的易氧化特性,提出一种预氧化气固反应手段,原位制备铝粉表面附着氧化铝的复合型粉体,采用激光熔覆技术将复合粉末制备成冶金涂层,并考察预氧化方法对NiAl涂层组织和性能的改性规律。结果通过预氧化方法获得了铝粉表面附着氧化铝的复合型粉体,且制备的涂层成形良好、无缺陷;预氧化涂层的枝晶更细小,XRD测试表明预氧化涂层中出现了Al2O3。由于预氧化方法带来的细晶强化和第二相强化作用,使得预氧化涂层的硬度在NiAl涂层的基础上提升了约20%,预氧化方法引入的氧促使摩擦界面形成了一层氧化物润滑膜,使得预氧化处理后涂层的摩擦因数降低了约23%,同时耐磨性得到显著提升。结论采用预氧化方法以低成本原位合成了复合型粉体,通过预氧化方法使涂层实现了从组织结构到性能的良性转变,为推动绿色低碳技术发展,高性能新型粉体的研发,以及NiAl涂层的应用提供一些思路与方法。

激光熔覆耐磨铁基合金涂层研究现状

磨损失效作为机械部件的主要失效形式之一,会造成巨大的能源消耗和材料损失。激光熔覆技术作为我国重点发展的再制造技术之一,具有修复效率高、性能优异、绿色环保的特点。综合考虑熔覆层与基体材料的热膨胀系数、熔点及润湿性等匹配性因素,铁基合金成为激光熔覆再制造的主要合金材料之一。结合国内外最新相关研究成果,从合金成分、外加强化相、激光熔覆工艺参数(激光功率、扫描速率、送粉率)等方面对激光熔覆铁基合金耐磨性能的影响进行了综述,系统讨论了合金成分、外加强化相、激光熔覆工艺参数对铁基熔覆层耐磨性能的影响机理,并介绍了铁基熔覆层的磨损失效机理。最后对激光熔覆高耐磨铁基合金涂层的未来发展方向进行了展望。

激光熔覆功率对FeCrNiCoMoBSi高熵合金涂层电化学腐蚀性能的影响

探讨了FeCrNiCoMoBSi高熵合金(HEA)激光熔覆涂层的微观结构以及激光功率对涂层物相和电化学腐蚀性能的影响。研究结果显示,HEA涂层由底部的柱状晶带、顶部的等轴晶带以及中间混晶带(由柱状晶和等轴晶混合组成)构成。采用3 000W功率制备的HEA涂层表现出最低的自腐蚀电流密度(0.425μA/cm^(2))、最高的自腐蚀电位(-0.16852V)以及最大的极化阻抗(69 616Ω),其阻抗模值■为1 143Ω·cm^(2),分别是1 800,2 500和4 500 W功率激光熔覆涂层的8.65倍、4.91倍和7.14倍,且其最大相位角为76.23°,均高于其它三种涂层。综合评估显示,采用3 000 W功率制备的HEA涂层具有出色的电化学腐蚀性能。这是由于其单一的FCC晶体结构、抗腐蚀的铁镍合金相和单质铬相、良好的晶体结晶度、细化的晶粒尺寸以及卓越的钝化效应,使其电化学腐蚀性能显著优于其他功率制备的涂层。

添加CeO_(2)对激光熔覆Ni基/WC复合涂层的影响

为了提高Q235钢材在海水中的耐腐蚀性能,扩大其应用场合,使其能够服役于富含Cl离子的海洋环境,采用激光熔覆技术,在Q235钢表面制备出添加不同质量分数CeO_(2)改性的Ni基/WC复合熔覆层,并利用扫描电镜、能谱仪和电化学工作站等仪器对熔覆层的组织与性能进行了测试。结果表明,适量CeO_(2)的加入可以促进晶粒细化与组织的均匀分布,提高熔覆层在NaCl溶液(质量分数为3.5%)中的耐腐蚀性能;当添加的CeO_(2)质量分数达到1%时,熔覆层具有最高的平均硬度与最好的耐海水腐蚀性能;过高的CeO_(2)含量则会加剧电偶腐蚀效应,降低其耐腐蚀性能。该研究为后续在Q235钢材表面制备耐腐蚀的激光熔覆合金涂层、改善合金材料表面性能提供了理论参考依据。

TC4表面激光熔覆硬质复合涂层组织与性能

TC4凭借比强度高、耐腐蚀性好、质量轻等一系列优点,被广泛应用于航空航天领域,但其摩擦系数大、耐磨性差等缺点极大地限制了其应用范围,针对TC4硬度低、耐磨性差等缺点,采用4 kW大功率Laser4000半导体激光器,选用过渡族难熔碳化物HfC、TaC和ZrC作为增强相,以H13钢基粉末作为基粉,利用激光熔覆技术在TC4表面制备了不同比例的钢基金属-陶瓷硬质涂层。之后利用扫描电镜(SEM)、EDS能谱仪、D/max-2500/PC型X射线衍射仪(XDR)等试验手段对不同比例涂层的宏观形貌、显微组织、物相组成和涂层元素分布等进行对比分析,利用Qness型号维氏显微硬度计测试涂层硬度并分析熔覆试样截面微观硬度变化规律,利用MMU-5G型端面摩擦磨损试验机研究了不同材料组分涂层的摩擦磨损性能,研究结果表明:试件熔覆层与基材形成了良好的冶金结合,熔覆层组织形态主要以枝晶组织以及块状组织为主,各熔覆层的主要物相中均含有TiC,随着三元陶瓷粉末含量的增加,MC的含量也随之增加,当碳化物混合粉末添加量为15%(质量分数)时,熔覆层中检测到Hf_(0.8)Ta_(0.2)Fe_(2)三元合金相。当三元陶瓷粉添含量为10%(质量分数)时,熔覆层晶粒最为细小,涂层平均硬度最高,平均硬度约为763.43 HV,是基材硬度的2.29倍,当三元陶瓷粉末含量为5%(质量分数)时涂层的耐磨性最好,相对耐磨性为25%。

TC4钛合金表面激光熔覆Ti-Mo-Al-B复合涂层的组织及摩擦磨损性能

为了改善TC4合金的表面耐磨性能,采用激光熔覆技术在TC4合金表面制备出Ti-Mo-Al-B复合涂层。分析了涂层的物相组成及微观组织结构,揭示了复合涂层的合成机理,结合其组织特征分析了涂层的硬度分布,并分析了不同载荷下涂层的摩擦磨损性能。结果表明,复合涂层与基体之间形成了良好的冶金结合,复合涂层主要由BCC固溶体基体相、短杆状和颗粒状TiB增强相以及少量α-Ti相组成。涂层的平均硬度为648.69HV,较基体TC4合金(330HV)提升了1.97倍。涂层的磨痕表面平整且犁沟较少,在载荷为30 N时,磨损量相较TC4基体减少了11%,其磨损机制为磨粒磨损。

激光熔覆原位Ti-C-B-Al复合涂层的结构特征与力学性能

以钛粉、铝粉和碳化硼粉末为原料,采用同步同轴激光熔覆系统在Ti6Al4V钛合金表面制备含原位自生TiC、TiB以及TiAl金属间化合物增强钛基的Ti-C-B-Al复合涂层,研究了复合涂层的显微组织、物相构成、显微硬度和微纳米力学性能。结果表明,三种粉末在高能激光束的作用下充分反应并生成了TiC、TiB以及TiAl金属间化合物增强相。复合涂层表面光滑,涂层内部无气孔及裂纹,与基体间形成了良好的冶金结合,增强相在涂层内分布均匀,相比于基体,熔覆涂层具有较优的力学性能。涂层硬度在460HV_(0.3)~510HV_(0.3)之间,同时涂层的纳米力学性能与显微硬度具有较好的对应关系,其中当m(Ti)∶m(Al)∶m(B_(4)C)=84∶12∶4时,制得的涂层具有较优的力学性能。

稀土镁合金表面激光熔覆AlSi12/TiN复合涂层的组织及性能研究

采用高速激光熔覆技术在Mg-Gd-Y-Zr镁合金表面制备了AlSi12/TiN复合涂层。通过光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、摩擦磨损实验以及电化学分析测试等方法,研究不同含量陶瓷强化相Ti N涂层的显微结构、熔覆层结合强度、摩擦磨损性能以及耐腐蚀能力。结果表明,复合涂层主要由α-Mg、Mg_(2)Si枝晶、Al_(12)Mg_(17)、Al_(3)Mg_(2)金属间化合物以及Ti N强化相组成。由于存在强化的第二相和细化的晶粒,AlSi12/TiN复合涂层的摩擦系数、维氏硬度及结合强度分别达到0.45、210 HV0.1和40 MPa。此外,与镁合金基体相比,腐蚀电位提高683 m V,自腐蚀电流密度降低了2个数量级。利用激光熔覆技术可在Mg-Gd-Y-Zr镁合金表面制备结合强度高的Al Si12/TiN复合涂层,有合适含量强化相存在的涂层显著提高了基体表面的耐磨损与耐腐蚀性能。

超高速激光熔覆M2+MnS涂层高温摩擦磨损性能研究

通过对比在干摩擦条件下超高速激光熔覆M2+MnS耐磨自润滑涂层与H13基体的高温摩擦磨损性能,深入探讨了温度和载荷对涂层摩擦磨损性能的影响以及磨损机理。采用SEM、EDS、维氏硬度计、摩擦磨损试验机和白光干涉仪等多种仪器对自润滑涂层试样进行了全面的试验表征。结果表明,室温下,涂层平均摩擦因数基本保持稳定;在一定载荷下,随温度升高,涂层平均摩擦因数呈现下降趋势;与基体相比,相同条件下涂层的平均摩擦因数始终较低。M2+MnS涂层的磨损体积随载荷增大近似呈线性增加,且随测试温度的升高先增大后减小。在300℃时,磨损体积达到最大值,而在600℃时最小;涂层在相同条件下磨损体积始终小于基体,室温下为基体的61.96%,而在600℃时为基体的9.48%。研究还揭示了M2+MnS涂层的磨损机理与温度密切相关。温度较低时,主要表现为磨粒磨损,而温度升高时则主要由氧化磨损和磨粒磨损共同作用。

超高速激光熔覆Ni基Ti_(2)AlC陶瓷涂层性能

矿用液压支架立柱在井下苛刻工况下长期服役时易发生磨损、腐蚀、变形等问题,进而导致性能退化,严重时引发安全事故。为延长液压支架立柱的使用寿命,利用超高速激光熔覆技术在27SiMn钢表面上制备Ni基Ti_(2)AlC陶瓷涂层,对其微观组织结构、物相、微观硬度等进行表征,并研究其摩擦磨损性能。实验结果表明:制备的涂层与基材冶金结合强度大,涂层致密;涂层的中上部主要由黑色细胞枝晶、灰白色细胞晶体以及浅灰色连续基质组成;涂层的物相以硬质相TiC、Al_(2)O_(3),润滑相Ti_(2)AlC、微量Ti_(3)AlC_(2),金属间化合物Ni_(3)Ti、Ni_(3)Al及γ-Ni固溶体为主;涂层的平均显微硬度为5495HV_(0.2),约为基体的3倍,涂层的摩擦磨损性能相比基体显著提高。

Mo含量对激光熔覆CoCrFeNiW_(0.6)Mo_(x)高熵合金涂层组织与性能的影响

目的研究Mo含量的变化对激光熔覆CoCrFeNiW_(0.6)高熵合金涂层的影响。方法使用RFL-C1000光纤激光器,在45钢基体表面制备CoCrFeNiW_(0.6)Mo_(x)(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8)高熵合金涂层,并利用Leica DVM6光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪、显微硬度仪、电化学工作站对熔覆层的宏观形貌与稀释率、相结构、微观组织结构、硬度、耐腐蚀性能进行测试与分析。结果加入Mo元素后,结合状态与表面形貌良好,当x=0~0.4时,涂层微观组织主要呈树枝晶形态,且晶粒逐渐变细。当x≥0.6时,涂层表面开始有裂纹产生。随着Mo元素的添加,涂层逐渐析出σ相,晶粒尺寸逐渐减小。当x=0.8时,有共晶组织形成。涂层显微硬度随Mo元素的增加而增加,但由于x=0.8时出现较多裂纹,裂纹的出现影响了涂层硬度,导致x=0.8时的硬度减小。当x=0.6时,涂层平均显微硬度最高,达到了959.69HV0.3,约为CoCrFeNiW_(0.6)涂层平均硬度的20.32%。当x=0~0.6时,涂层耐腐蚀性能随着Mo元素含量的增加逐渐提升。当x=0.8时,耐腐蚀性能变差,其原因是裂纹的出现以及σ相的形成使得涂层耐腐蚀性变差。在x=0.6时,涂层耐腐蚀性能最好。结论Mo元素的加入使得涂层微观组织出现σ相,同时有细化晶粒的作用,可以显著改善涂层的硬度以及耐腐蚀性。

超声对激光熔覆WC颗粒强化涂层耐磨防腐性能的影响(特邀)

面向海洋、矿山等领域机械部件表面耐磨防蚀涂层制备需求,针对陶瓷颗粒强化涂层高耐磨性能与高耐腐蚀性能难以兼容的问题,搭建了超声辅助激光熔覆试验平台,制备了有无超声作用下的碳化钨(WC)颗粒强化涂层。研究了超声对复合涂层微观组织形貌、元素分布、WC表面合金层厚度的影响规律,并进一步开展了有无超声试样硬度、摩擦磨损与耐蚀性能测试。结果表明:超声振动能够细化晶粒,平均晶粒尺寸从101.0μm降至59.6μm,抑制偏析,促使WC表面合金层溶解与熔覆层元素的均匀分布;超声作用下,试样平均显微硬度由310 HV0.1提升至425 HV0.1,同时超声作用下WC颗粒周围硬度分布更加均匀;有无超声作用下试样失重量分别为6.5 mg和8.8 mg,试样磨损率分别为0.032 3 mg/m和0.043 8 mg/m,试样磨损率降低了26.2%;超声作用下试样腐蚀电流密度由5.20μA/cm2降低为2.13μA/cm2,同时电化学阻抗谱表明超声作用下试样表面具有更大的电容阻抗环、阻抗模量与相角值。

激光熔覆涂层材料的研究现状

金属陶瓷和高熵合金具有良好热稳定性、耐高温性和抗腐蚀等优点成为涂层领域新的研究点。激光熔覆技术是获得其高超性能的涂层制备方法之一。阐述了激光熔覆涂层材料最新研究进展,重点讨论了利用激光熔覆技术在基体表面制备金属陶瓷和高熵合金涂层的研究现状,介绍了熔覆金属陶瓷和高熵合金涂层的相关技术问题及它们的性能特点,并分析了其未来的发展趋势。

激光熔覆WC/316L复合涂层结构及磨损性能

为改善激光熔覆过程中WC增强金属基复合涂层分解与分布不均匀的问题,采用激光熔覆技术制备了50%WC含量的WC/316L复合涂层,分别采用扫描电子显微镜(SEM)、显微维氏硬度计、摩擦磨损试验机表征了熔敷层的组织形貌、硬度与摩擦磨损性能。结果显示,低热输入量可以防止WC颗粒下沉,提升熔覆层厚度方向上的WC颗粒分布均匀性;但WC的平面分布均匀性较差,同时低热输入导致WC颗粒结合较弱,易发生脱落;熔覆过程中,粉末中15%的WC发生分解。研究表明,通过降低激光热输入量,可以制备WC厚度方向较为均匀的复合涂层,提升熔覆层耐磨性,但是需要优化WC平面分布均匀性与WC颗粒结合性能。

激光熔覆铁基合金涂层的研究进展

激光熔覆技术作为一种先进的材料表面改性技术,具有加工效率高、涂层稀释率低且与基体结合强度高、自动化程度高、环境友好等优点。在各类熔覆材料中,铁基合金在成分上与钢铁材料最为接近,且其成本相对较低,近年来在设备零部件表面强化和再制造领域得到广泛应用。结合国内外最新相关研究成果,从材料体系、工艺参数、外场辅助技术等方面对激光熔覆铁基合金涂层的研究进展进行了综述。总结了熔覆材料的选材依据以及铁基自熔性合金粉末、不锈钢粉末、铁基非晶合金粉末、铁基复合粉末等各类材料的特点和应用。系统讨论了激光功率、扫描速度、光斑直径、送粉速率等工艺参数对铁基涂层成形质量和微观组织及性能的影响机制,并介绍了工艺参数优化在高质量熔覆层制备中的应用。同时,论述了超声振动、电磁场、温度场等外场辅助技术在激光熔覆铁基合金涂层中的应用,阐明了外加能场对激光熔覆过程中熔池及凝固组织的作用机理。最后对激光熔覆铁基合金涂层未来的发展方向进行了展望。

超高速激光熔覆技术及其耐磨蚀涂层材料研究进展

超高速激光熔覆技术是一种新型的表面涂层制备技术,可用于制备具有冶金结合的致密金属防护涂层。与传统熔覆工艺相比,超高速激光熔覆的加工效率高、涂层稀释率低,且涂层内部晶粒组织明显细化,可表现出更加优异的防护性能,在工业生产中具有广阔的应用前景。介绍了超高速激光熔覆技术的原理与加工特点,分析了国内外超高速激光熔覆设备的发展现状,综述了超高速激光熔覆涂层材料的研究进展,讨论了当前超高速激光熔覆涂层发展的主要问题,并展望了超高速激光熔覆技术及其涂层材料的发展趋势。

激光熔覆Ni/WC梯度复合涂层的组织与性能研究

目的减少涂层内部缺陷,提高Cr12MoV模具钢表面的显微硬度及耐磨性。方法采用激光熔覆技术在Cr12MoV钢上逐层制备Ni60-Ni60/25%WC(Ni/WC)梯度复合涂层。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦试验机和冲击试验机,研究梯度复合涂层的物相组成、微观组织、显微硬度、耐磨性与冲击韧性。结果在Cr12MoV的基体上制备Ni/WC梯度复合涂层,Ni60层与Ni60/25%WC冶金结合理想。Ni/WC梯度复合涂层的表面主要物相为γ-(Fe,Ni)、FeNi_(3)、CrB、Cr_(7)C_(3)、Cr_(23)C_(6),从Ni60层底部到顶部依次为胞状晶、柱状晶、细小的等轴枝晶。Ni/WC梯度复合涂层硬度呈梯度分布,涂层的平均硬度达到698.5HV,相较于基体提高了约55.2%。与基体相比,Ni/WC梯度复合涂层表现出更好的耐磨性能,摩擦系数和磨损率分别下降了40.92%和28.6%,其中基体表现为黏着磨损,然而涂层整体表现为磨粒磨损。但较基体而言,Ni/WC梯度复合涂层的冲击韧性值降低了32.48%,复合涂层区域表现为脆性断裂。结论Ni/WC梯度复合涂层冶金结合良好,同时与基体相比,Ni/WC梯度复合涂层可以有效提高硬度及耐磨性,但冲击韧性有所降低。

高速激光熔覆马氏体不锈钢涂层与电镀层性能对比与研究

为对比研究不同液压缸服役工况下高速激光熔覆涂层替代电镀硬铬层的可行性,分别制备了马氏体不锈钢熔覆层XG-1、XG-2和电镀硬铬涂层,开展了三种涂层组织、硬度、腐蚀性能及模拟不同工况(划伤磨损、干砂摩擦磨损、滑动摩擦磨损)下磨损性能测试,探讨了涂层失效行为及其应用工况。结果表明:XG-1、XG-2涂层微观组织致密且均匀,平均显微硬度为720.5 HV、653 HV;电镀硬铬涂层分布孔隙和裂纹等缺陷,自腐蚀电流密度为10.45μA/cm^(2),耐腐蚀性能最差;三种磨损形式下电镀硬铬涂层均发生了开裂及剥落,高速激光熔覆涂层表现出更优异的耐磨性能,适用于活塞杆易拉伤、外界富集硬质颗粒污染物、大侧向载荷等液压缸服役工况。

激光熔覆光斑形状对铁基涂层组织结构及耐磨性能的影响研究

采用线光斑激光熔覆技术和圆光斑激光熔覆技术在热作模具钢H13钢上制备铁基耐磨涂层,使用XRD、SEM、EDS等对比研究不同光斑形状对铁基涂层的熔覆效率、成分物相、组织结构和耐磨性能的影响。结果表明:采用圆光斑激光熔覆技术和线光斑激光熔覆技术制备的涂层皆为无缺陷涂层,由于线光斑激光熔覆技术具有更大的光斑面积、更快的扫描速度,使得线光斑激光熔覆涂层的熔覆效率是圆光斑激光熔覆涂层的4.4倍,稀释率更小,约为圆光斑激光熔覆涂层的1/5。因为圆光斑的线能量比线光斑的线能量大,导致圆光斑激光熔覆涂层中的马氏体和碳化物的含量高于线光斑激光熔覆涂层中马氏体和碳化物的含量,圆光斑激光熔覆涂层的硬度和耐磨性高于线光斑激光熔覆涂层。