原位生成TiC增强镍基梯度涂层的组织与性能

通过激光熔覆技术在H13钢表面原位生成TiC增强镍基单一涂层和梯度涂层,使用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计、万能摩擦磨损试验机对涂层的微观形貌、成分分布、物相组成、显微硬度和摩擦磨损性能进行对比分析。结果表明,单一涂层易出现宏观气孔、裂纹、与基体结合差等缺陷,而梯度涂层能够实现成分、组织性能的梯度变化,与基体形成良好的冶金结合;梯度涂层生成Fe-Cr、TiC等多种增强相,使钢表面硬度和耐磨性显著提高,平均硬度约为单一涂层的1.44倍、基体的2.58倍;梯度涂层的平均磨损量为单一涂层的45.6%、基体的32.4%;梯度涂层磨损机理主要是颗粒磨损和粘着磨损。

TC4钛合金表面激光熔覆工艺的PLC控制与组织性能研究

为了提升钛合金的表面耐磨性和耐蚀性,基于可编程逻辑控制器(PLC)控制激光工艺参数在TC4钛合金表面制备了镍基涂层,研究了激光功率对涂层形貌、物相组成、硬度、耐磨性和耐蚀性的影响。结果表明,激光功率为1100 W和2300 W时熔覆涂层中存在裂纹、孔隙缺陷,在激光功率为1400 W~2000 W时激光熔覆涂层质量较好。不同激光功率下激光熔覆涂层均主要由α-Ti、Ti Ni、Ti_(2)Ni、Ti B_(2)、Ti C和Ce_(2)O_(3)相组成,激光功率的变化不会改变激光熔覆涂层的物相组成。激光熔覆涂层的显微硬度(935.61 HV~1064.29 HV)都高于基体(303.24 HV),磨损率都明显小于基体材料;当激光功率从1100 W增加至2300 W时,激光熔覆涂层的显微硬度先增后减、磨损率先减后增,显微硬度最大值(1064.29 HV)和磨损率最小值(0.38×10^(-5) mm^(3)·N^(-1)·m^(-1))在激光功率为2000 W时获得。极化曲线和电化学阻抗谱的测试结果相吻合,证明激光熔覆涂层的耐蚀性都优于基体,且耐蚀性会随着激光功率增加先增大后减小,激光功率为2000 W时涂层耐蚀性最好。

比能量对激光熔覆Ni60组织及力学性能的影响

采用激光熔覆Ni60合金粉末在42CrMo钢板上制备镍基复合涂层,并对熔覆层的表面形貌、微观组织、物相、维氏硬度、耐磨性及剪切强度进行了分析,同时分析了激光功率和扫描速度对激光熔覆层组织和摩擦磨损性能的综合影响。结果表明:不同比能量下各Ni60熔覆层物相种类一致,比能量过高或过低其熔覆层表面均会产生较大飞溅或烧蚀;其显微硬度与基体相比提高了约1.4~1.96倍,随着比能量的降低其硬度逐渐增加,而摩擦系数及磨损量随比能量的降低逐渐减小;熔覆层具有较高的抗剪强度,可达到225~259 MPa;当比能量为4.8 kJ/cm2时熔覆层表面飞溅小、鱼鳞纹排列紧密且厚度均匀,同时组织致密、力学性能优异且熔覆层与基体达到了良好的冶金结合。

不同工艺参数MIG焊Inconel 625熔覆层微观组织研究

为了提高Q345钢的使用性能,采用商用Inconel 625实心焊丝以MIG沉积方法制备了镍基熔覆层,随后进行了OM、SEM、EDS、XRD分析和显微硬度测试试验,研究了熔覆层的微观组织、元素分布、不同焊接电流的稀释率、物相组成和表面硬度等。结果表明,采用MIG沉积方法制备的镍基熔覆层与基体结合良好,熔覆层无明显的宏观缺陷;熔覆层从顶部到底部依次产生等轴晶、柱状晶和胞状晶;熔覆层主要由单一的面心立方(fcc)结构γ-Ni固溶体相组成,由于熔覆层存在微观偏析,晶间Nb、Mo等元素浓度较高;随着焊接电流的增大,熔覆层稀释率逐渐变大,熔覆层底部柱状晶受热长大,平均硬度及沿熔覆层截面深度方向硬度均逐渐下降。

45钢表面C22镍基合金激光熔覆层的制备与性能

应用激光熔覆技术在45钢基体表面制备C22镍基合金熔覆层,研究了激光功率(1 250~2 000 W)、扫描速度(80,130 mm·s^(-1))对熔覆层质量的影响,并获得最优工艺参数;分析了最优工艺参数制备熔覆层的物相组成、微观结构和耐腐蚀性能。结果表明:不同工艺参数下制备的熔覆层与基体均形成良好的冶金结合。随着激光功率的增加或扫描速度的降低,熔覆层宽度以及热影响区深度均整体呈增大趋势;随激光功率增大,80 mm·s^(-1)扫描速度下的熔覆层高度整体呈增大趋势,而130 mm·s^(-1)扫描速度下则整体呈减小趋势;130 mm·s^(-1)扫描速度下的熔覆层宽度和高度以及热影响区深度均较小。最优激光熔覆工艺参数为扫描速度80 mm·s^(-1)、激光功率1 750 W,此时单道单层熔覆层的高度最大,熔覆层宽度和热影响区深度适宜。熔覆层由γ-Ni(Cr,Mo,Fe)枝晶和少量Mo Ni4金属间化合物组成,钼元素在枝晶间富集;与介质温度为50℃时相比,介质温度为70℃下的熔覆层自腐蚀电位较低,自腐蚀电流密度较高,钝化膜电阻较低,耐腐蚀性能较差,但极化曲线中仍然存在稳定的钝化区,说明在该温度下仍具有较好的保护作用。盐雾加速腐蚀144 h后,熔覆层表面形貌未发生改变,耐腐蚀性能良好。

激光熔覆制备WC增强镍基合金涂层研究进展

碳化钨(WC)镍基合金涂层具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高硬度等优异性能,利用激光熔覆技术制备WC镍基合金涂层优势明显,已成为国内外研究的热点。通过对激光熔覆制备WC增强镍基合金涂层的研究进展进行综述,首先介绍了WC增强镍基合金涂层的特性及其激光熔覆制备方法,其次介绍了几种常用的熔覆层性能改善措施和后处理技术,最后对WC增强镍基合金涂层激光熔覆制备技术存在的问题及发展趋势进行了展望。

Cr30钢表面镍包WC增强铁基合金涂层的微观组织和耐磨耐蚀性能研究

为改善Cr30钢表面的耐冲蚀磨损性能以及耐硫酸、盐酸腐蚀性能,以铁合金粉和镍包WC颗粒的混合物为原料,采用激光熔覆技术在Cr30钢表面制备含镍包WC铁基合金涂层,研究了原料中镍包WC质量分数(10%~30%)对铁基合金涂层的显微组织、物相组成、显微硬度、耐冲蚀磨损性能、耐硫酸和盐酸腐蚀性能的影响。结果表明:不含镍包WC的铁基合金涂层物相为FeCr固溶体和Cr_(23)C_(6);含10%和20%镍包WC的铁基合金涂层物相为FeCr固溶体、Cr_(23)C_(6)和Fe3W3C;随着镍包WC含量增至30%,铁基合金涂层中析出了新的碳化物Fe_(6)W_(6)C,含30%镍包WC的铁基合金涂层物相为FeCr固溶体、Cr_(23)C_(6)、F_(e)3W_(3)C和Fe_(6)W_(6)C。随着镍包WC含量的增加,铁基合金涂层的显微硬度、耐冲蚀磨损和耐硫酸、盐酸腐蚀性能提高,当镍包WC质量分数为30%时,铁基合金涂层的组织致密、细化效果最明显,涂层的硬度最高,达到786 HV_(0.5);30%镍包WC的铁基合金涂层的耐冲蚀磨损、耐硫酸和盐酸腐蚀性能最佳。

Al_(2)O_(3)+TiO_(2)复合颗粒对激光熔覆Inconel 718基润滑涂层显微组织及高温磨损行为的影响研究

针对Inconel 718镍基合金易在宽温域条件下发生磨损失效的问题,选用2种不同含量Al_(2)O_(3)+TiO_(2)颗粒(10%,20%,质量分数)作为陶瓷增强相,利用激光熔覆技术制备了2种Inconel 718-MoS_(2)-Al_(2)O_(3)-TiO_(2)高温耐磨润滑复合涂层,系统地研究了复合涂层的微观组织、力学性能和摩擦学性能,以为其在摩擦学领域的应用提供数据支持。结果表明:复合涂层主要由γ-Ni固溶体、γ'-Ni_3(Ti, Al)金属间化合物、Ti_(3)O_(5)和Al_(2)O_(3)陶瓷增强相以及MoS_2润滑相共同组成。当TiO_(2)和Al_(2)O_(3)的含量达到20%时,更高含量的Ti_(3)O_(5)和Al_(2)O_(3)有利于涂层高的硬度和弹性模量,显微硬度最高可达455 HV_(0.3),然而会造成Ti_(3)O_(5)和Al_(2)O_(3)物相晶粒粗大,不利于弹性模量和抗塑性变形能力的提升。当摩擦温度为室温~200℃时,TiO_(2)和Al_(2)O_(3)含量为10%的复合涂层的摩擦系数和磨损率显著升高并达到了最大值,磨损机理主要为磨粒磨损和片层脱落;随着温度升高到400℃,涂层磨痕表面能够形成连续氧化膜促使磨损率显著降低。当温度达到600~800℃,2种复合涂层摩擦表面都能形成连续光滑的氧化膜起到润滑效应,使摩擦学性能得到显著改善,特别是磨损率相比于Inconel 718合金涂层降低1个数量级。当TiO_(2)和Al_(2)O_(3)含量达到20%时,复合涂层在中高温下有更优异的摩擦学性能。通过对比发现Inconel 718-MoS_(2)-Al_(2)O_(3)-TiO_(2)复合涂层相比于Inconel 718合金涂层在室温~800℃表现出更优异的摩擦学性能。

含镍包WC铁基合金涂层显微组织和摩擦磨损性能

为改善15Cr1Mo1V钢表面的力学性能和摩擦磨损性能,以铁基合金粉和镍包WC颗粒的混合物为原料,采用激光熔覆技术在15Cr1Mo1V钢表面制备含镍包WC铁基合金的涂层,分析了镍包WC质量分数对铁基合金涂层的显微组织、物相组成、力学性能、摩擦磨损性能的影响。结果表明:镍包WC铁基合金涂层物相为Cr23C6、Fe3W3C、Fe6W6C和WC等;随着镍包WC含量增加,铁基合金涂层的组织细化,Cr23C6和Fe6W6C析出量增大,铁基合金涂层的显微硬度、强度、韧性、塑性,以及耐磨性能均提高;当镍包WC质量分数为30%时,铁基合金涂层的组织致密、细化效果最明显,涂层硬度最高达到819 HV0.5,室温和高温抗拉强度分别为531,508 MPa,室温和高温屈服强度分别为383,342 MPa,冲击吸收能量为62.2 J,耐摩擦磨损性能最佳。

稀土Y对激光熔覆Inconel 625合金抗高温氧化和热腐蚀性能影响

目的分析稀土Y添加对激光熔覆Inconel 625组织和性能的影响规律,为严苛服役环境条件下的改性Inconel 625合金设计和制备提供借鉴。方法采用真空气雾化工艺,制备含有0.1%(质量分数)Y的IN625-Y粉末,并使用激光熔覆工艺分别制备了IN625和IN625-Y的熔覆试样。对比研究二者在组织和力学性能上的差异,分析稀土Y添加对激光熔覆IN625试样表面氧化膜组成、抗高温氧化、模拟烟气及熔盐热腐蚀性能变化趋势的影响。结果IN625合金和IN625-Y试样的显微组织主要由灰色富含Ni和Cr的γ-Ni基体相和枝晶组成,而IN625-Y试样晶粒组织更为细小,且有少量Laves相析出。IN625-Y和IN625试样的显微硬度分别为(268.8±3.1)HV0.3和(265.2±3.2)HV0.3,屈服强度、抗拉强度和延伸率分别从(430.1±20.8)、(753.2±19.1)MPa和(37.6±3.4)%,提升到(433.8±21.8)、(774.8±10.4)MPa和(39.2±1.1)%。激光熔覆IN625-Y试样的高温氧化增重和气氛熔盐条件下的热腐蚀增重速率均小于未添加稀土Y的IN625试样。结论基于稀土Y添加对IN625熔覆组织的晶粒细化和洁净化作用,添加稀土Y能整体提升IN625试样的力学性能。激光熔覆IN625-Y试样表面能形成致密且稳定的Cr_(2)O_(3)氧化膜,具有更强的抗高温氧化性能,能更好地抵御SO_(2)气体及NaCl/Na_(2)SO_(4)熔盐的热腐蚀。

激光熔覆625合金膜层分析及其对碳钢管性能的影响

对625合金激光熔覆层的金相组织、显微硬度及对力学性能和抗硫化物应力腐蚀性能的影响进行研究。熔覆层由柱状晶和少量树枝晶组成。内壁熔覆0.5 mm镍基625合金后,使N80Q钢级钢管的屈服强度增加47 MPa,横向冲击性能降低10 J。熔覆层中部硬度304HV0.5,熔合线两侧硬度分别为340HV0.5和327HV0.5,熔覆层近表面硬度351HV0.5。激光熔覆625镍基合金能够显著提高中碳铬钼钢套管抗硫化氢应力腐蚀试验性能。

支架表面激光熔覆Ni-C/WC涂层微观组织演变分析

为了提高支架表面的综合性能,通过添加不同含量的WC颗粒,激光熔覆制备得到Ni-C/WC涂层,并分析其表面微观组织演变。结果表明:激光熔覆制备得到较平滑的Ni-C涂层,添加WC颗粒增强了一些无规则外形的结节状组织,产生了大量孔隙。WC颗粒含量提高后,在Ni-C/WC涂层内形成了不同强度的Ni衍射峰,形成了更小的Ni晶粒,加入80 g/L的WC颗粒时,Ni晶粒外径尺寸为29.2 nm。

激光功率对汽车活塞销轴表面Ni-TiN涂层组织结构和性能的影响

采用激光熔覆沉积法在汽车活塞销轴常用的40Cr钢表面制备了Ni–TiN涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、抗剪强度试验机、摩擦磨损试验机等设备研究了激光功率(1.0、1.5和2.0 kW)对Ni–TiN涂层表面形貌、物相组成、显微硬度、抗剪强度及耐磨性的影响。结果表明:当激光功率为1.5 kW时,Ni–TiN涂层组织结构均匀、致密,颗粒细化程度最高,因此其显微硬度和抗剪强度最高,分别约为843.2 HV和802.8 MPa,在摩擦磨损试验中的摩擦因数最小(平均值为0.44)。

激光熔覆镍基高温耐磨合金的组织及性能

通过增加IN718合金中(Ti+Al)含量制备一种镍基高温耐磨合金,以满足超临界机组镍基合金阀门密封面再制造的需求。采用万能试验机、摩擦磨损试验机、XRD、SEM等仪器和JMatpro软件研究该合金激光熔覆试样的组织与性能。研究结果如下:当IN718合金的(Ti+Al)含量增加至7.6%时熔覆层会出现开裂;当IN718合金的(Ti+Al)含量增加至6.6%时,其激光熔覆试样初始平均硬度值为40 HRC,抗拉强度为998 MPa,延伸率为5.2%,室温摩擦因素为0.75左右,磨损量为0.3275 mm^(3),主相为γ相和γ′相,700℃×10 h时效处理后平均硬度值为54 HRC,700℃摩擦因素为0.35左右,磨损量为0.024 mm^(3),主相γ′占53%。研究结果表明,IN718合金中(Ti+Al)含量增加至6.6%时具有良好的激光熔覆工艺性能和高温摩擦磨损性能,可应用于超临界/超超临界机组镍基合金阀门密封面的维修与再制造。

基于田口-灰色关联法的Ni60+WC激光熔覆涂层工艺参数优化

目的 优化Ni60+WC激光熔覆工艺参数,提高熔覆层质量。方法 设计三因素四水平正交试验,通过激光熔覆手段,在Q235钢板表面激光熔覆Ni60+25%WC粉末,并结合超景深光学显微镜和扫描电子显微镜观察熔覆层形貌。同时,以熔覆层几何形貌和气孔率作为优化目标,评估工艺参数对其的影响。结合灰色关联理论,对熔覆层最佳工艺参数进行预测,并进行试验验证。结果 优化后的熔覆层主要以胞状晶为主,且熔覆层和基体形成了良好的冶金结合。采用田口-灰色关联法对激光熔覆工艺参数进行优化,极大地减少了试验次数(从64次减少到16次)。灰色关联度的预测值(0.626 553)与试验验证值(0.672 659)有较高的吻合度,误差仅为7%。优化后的工艺参数组合为激光功率1100W,扫描速度为10mm/s,送粉速率为7.6 g/min。优化后的熔覆层宽度增加了22%(1 949μm增加到2 383μm),稀释率降低了58%(24.42%降低至10.33%),优化后的稀释率更接近目标值10%。同时,气孔率也降低了7%(0.329%降低至0.306%)。优化后的熔覆层润湿角仍小于70°,符合优化目标。结论 田口-灰色关联法能极大地减少试验次数,并较为准确地实现激光熔覆工艺参数的预测优化,有效提高熔覆层的质量,为解决复杂多响应问题的参数优化提供了一种有效手段。

扫描速度对等离子熔覆WC增强镍基合金涂层组织与耐蚀性的影响

为了提高金属材料的表面性能,通过等离子熔覆技术,在低碳钢表面制备了35%WC+65%Ni60合金涂层,研究了不同扫描速度对涂层组织与耐蚀性的影响。涂层组织分析及电化学性能试验结果显示:WC-Ni合金涂层的表面光滑连续,并存在良好的冶金结合,其稀释率先减小后增加;涂层的底部组织由树枝晶和大尺寸的WC颗粒构成,顶部组织由树枝晶/等轴晶和微米级WC颗粒构成;随着扫描速度的增加,涂层组织由等轴晶向树枝晶转变;当扫描速度为120 mm/min时,涂层自腐蚀电位最高,自腐蚀电流密度最小,耐蚀性最好。研究表明,当涂层具有均匀的组织、尺寸小的WC颗粒和固溶越多的W元素时,涂层具有良好的耐蚀性。

钛合金作动部件耐磨性能提升及工程化应用研究

为提升钛合金表面硬度,增强其耐磨性能以满足新一代航空作动系统部件对减重及耐高温的需求,开展钛合金化学镀镍及不锈钢CMT(冷金属过渡焊接技术)熔覆SCu6180(铝青铜)工艺研究,并对其不同强化状态摩擦副的耐磨性能进行了模拟工况条件下的环-块摩擦磨损试验。结果表明:钛合金前处理采用低压吹细砂+氢氟酸活化,化学镀镍层结合力良好,真空炉399℃热处理,硬度可达906 HV1 N,与不锈钢摩擦副的摩擦系数由0.79下降到0.32;与表面熔覆SCu6180减摩涂层不锈钢摩擦副的摩擦系数仅为0.12,磨损量下降2个数量级并实现发动机矢量作动部件的工程化应用。

改善激光熔覆镍基复合涂层耐磨性研究进展

激光熔覆镍基涂层具有结合强度高、耐磨性好的优点,在提升材料表面性能中发挥重要作用。普通镍基涂层中耐磨硬质相数量少,其硬度和耐磨性难以满足零件在恶劣环境下的使用要求。为进一步提升涂层的耐磨性,国内外学者在涂层中机械外加或原位合成硬质陶瓷颗粒,或在涂层中加入石墨烯、碳纳米管和稀土氧化物,或在工艺参数与涂层性能之间建立预测模型,使用自适应混沌差分进化算法、灰色关联分析法等算法对工艺参数进行优化,或在激光熔覆时采用辅助处理。综述了涂层成分、工艺参数和辅助处理对镍基复合涂层耐磨性的影响,并对激光熔覆镍基复合涂层的发展进行了展望。

激光熔覆镍基自熔性合金(Ni60A)热循环特性及力学性能

为了确定激光3D打印镍基合金的最优熔覆工艺参数,研究其制备过程中的温度场和应力场.基于ANSYS(采用高斯移动热源),对镍基合金粉末过程进行数值模拟仿真,并对不同激光输出功率下激光制备镍基自熔性合金涂层的温度场(瞬间温度)和应力场进行分析.结果表明,高斯激光中心区域的温度和复合涂层的残余应力都随激光功率的增加而增大,且残余应力是导致激光涂层产生裂纹的主要原因.可以通过调整激光功率到合适的数值来降低热影响区,并制约裂纹、孔洞等缺陷的产生.

车轴表面激光熔覆Ni-xWC-C涂层组织演变及硬度分析

为了提高车轴表面的综合性能,在激光熔覆Ni-C过程中添加不同含量WC颗粒得到Ni-xWC-C涂层,分析了WC添加量对Ni-xWC-C涂层性能的优化效果,测定了其表面硬度。研究结果表明:车轴表面激光熔覆制备形成了较平滑的Ni-C涂层,大部分区域呈现规则多边形态。添加WC颗粒后,涂层表面形成了一些无规则外形组织以及大量孔隙。提高WC颗粒含量后,在涂层表面形成了更小尺寸孔隙。加入WC颗粒来制备硬度更高的Ni-xWC-C层,熔覆层硬度随着WC含量提高而上升。加入80 g/L的WC颗粒时得到的Ni晶粒外径尺寸为29.2 nm,硬度HV达到551。该研究有助于提高变载荷作用下车轴的使用寿命,具有很好的应用价值。