工具钢表面激光熔覆Co基合金涂层组织及性能

对钛合金表面激光熔覆研究现状进行综述,对钛合金表面涂层进行分类。介绍了钛合金表面激光熔覆改性技术的熔覆材料、工艺和应用。阐述了各类钛合金涂层的实际性能以及对钛合金表面改性涂层性能所做的研究。最后提出了钛合金表面激光熔覆工艺未来的研究趋势。

用nd:yag脉冲激光在低硅钢表面制备激光熔覆高硅涂层,研究了激光熔覆高硅涂层样品的组织和磁性能.结果表明,制备出的激光熔覆高硅涂层组织致密、无气孔和裂纹,且与基体有良好的冶金结合.经激光熔覆后硅钢表面存在熔覆区、界面结合区和热影响区.熔覆区的显微组织不均匀,随着与结合界面距离的增加,由柱状晶变为树枝晶,最终过渡到表层的细小树枝晶组织.熔覆层与基体之间的结合界面为平面晶组织,热影响区为马氏体组织.熔覆涂层的显微硬度远高于低硅钢基体,其主要原因是涂层具有较高的si含量,涂层中的α-fe和γ-fe双相组织也导致了硬度的提高.激光熔覆高硅涂层硅钢样品经扩散退火后具有室温铁磁性,si含量的提高使其室温直流破性能优于原始低硅钢.

金属密封环的密封稳定性直接影响到牙轮钻头的使用寿命,利用激光熔覆技术在牙轮钻头金属密封环材料20crnimo合金钢表面熔覆合金涂层,达到提高其表面耐磨性能的目的,从而提高牙轮钻头的寿命。分析了激光熔覆层的微观组织,测试了激光熔覆层的微观显微硬度及摩擦磨损性能。结果表明:高度弥散的金属间化合物、纳米晶与有较高韧性的非晶相夹杂的复合组织提高了涂层的力学性能,试样表面硬度、抗磨损性能大幅提高。

采用光学显微镜、扫描电镜、x射线衍射及能谱分析对纯铜表面送粉激光熔覆制备的铜合金涂层进行了分析。结果表明,涂层与基体为冶金结合,无气孔、裂纹等缺陷,涂层稀释率极低,铜合金涂层在凝固过程中通过液相分离形成大量均匀弥散分布的细小球形分离相、富含铜的固溶体和少量大块分离相聚集体;细小分离相的平均直径小于5μm,分离相由富含fe、co、mo的多元金属硅化物组成。富含铜固溶体的硬度为280hv0.1,大块分离相聚集体的硬度为510hv0.1。磨损试验结果表明,激光熔覆涂层的耐磨性较纯铜基体有显著提高。

利用dl-t5000型二氧化碳激光器在qt-500球墨铸铁表面熔覆铁基合金层,分析了激光熔覆层的显微组织,测试了其显微硬度及磨损性能。结果表明:制备的熔覆层组织致密、无裂纹,与基体形成了良好的冶金结合;从熔覆层表面到热影响区的组织依次为大量的树枝晶、等轴晶、树枝晶;熔覆层的硬度较基体的提高了2.5倍,其磨损量约为基体的1/3,熔覆层耐磨性能增强的主要原因是铁基合金与元素镍、铬等形成固溶体和碳化物等的强化作用所致。

为了研究在球墨铸铁qt600-3基体上熔覆钴基合金,采用6kwco2激光器进行激光熔覆,用扫描电镜对激光熔覆层进行形貌观察,分析裂纹及气孔的形成原因,取得在球墨铸铁基体上熔覆钴基合金的最佳工艺参数。结果表明,球墨铸铁基体与熔覆层能形成良好的冶金结合,但熔覆功率过高使得熔覆层开裂倾向增大,过渡区及热影响区的球状石墨由原来的“牛眼状”变为单独的石墨球,石墨球外围的环状铁素体出现消溶。

在不锈钢表面采用直接堆粉预置涂层方法制备激光熔覆层,得到消除了宏观裂纹和孔洞的熔覆层,熔覆层和基体呈冶金结合。其显微组织主要由fe-ni合金、wc及fe_2c所组成,由于wc颗粒的存在使显微硬度相对基体有显著提高。

采用万瓦横流co2激光器在紫铜表面熔覆镍基自熔合金熔敷层,并采用sem、xrd、om和显微维氏硬度计进行组织结构和硬度分析。结果表明:在紫铜表面完全可采用激光熔覆的方法制备镍基自熔合金的熔覆层,熔覆层与铜基体形成冶金结合,组织致密、晶粒细小、无裂纹、孔隙夹杂等缺陷,熔敷层内具有等轴晶、树枝晶及胞状晶等不同结构,并有wc、w2c、ni3b等强化相颗粒。同时,与采用超音速火焰喷涂(hvaf)涂层进行对比,结果表明激光熔覆层硬度虽然低于喷涂涂层,但磨擦系数小,耐磨损性能有明显的提高。

用激光熔覆co基合金的方法处理了内燃机排气门密封面,得到晶粒非常细小的枝晶组织,能满足实际使用要求。对熔覆层组织的观察中发现,熔覆组织会对基体组织有继承性。

为进一步提高q345钢激光熔覆层的耐磨性能,利用激光熔覆技术在q345钢表面制备了70%ni60a+30%wc熔覆层(质量分数)。采用x射线衍射仪及扫描电镜分析了熔覆层的物相、显微组织,采用摩擦磨损试验研究其耐磨性能。结果表明,q345钢表面激光熔覆镍基wc合金对其表面的晶粒细化、显微硬度和耐磨性等都有很大提升。

本文采用激光重熔等离子涂层的方法在az91hp镁合金上制备al_2o_3陶瓷涂层,在实验和理论基础上利用有限差分方法对激光重熔过程中的温度场进行模拟。研究结果表明,在激光作用下,相应于不同的温度范围涂层形成了熔凝区(柱状晶)、烧结区(团絮状组织)和残留等离子区(层状结构)。与激光功率相比,激光扫描速度对涂层温度分布影响较大。

通过对航空航天用超高强7050铝合金进行激光熔覆修复的实验研究,探讨了激光熔覆修复铝合金的可行性。实验采用5kwco2连续激光器作为加热源,在惰性气体保护隔离箱中,对7050铝合金的板状试样进行了激光单道熔覆、多道搭接熔覆、多层堆积熔覆的实验研究。得到优化的激光熔覆工艺参数,制备了激光熔覆修复试样,并观察了不同激光熔覆区的微观组织以及拉伸断口形貌。实验结果表明,优化激光熔覆工艺参数是:激光功率密度为1.84×104～2.12×104w/cm2,扫描速度为5mm/s,送粉量为1.8～2.4g/min,搭接宽度为1.5mm。采用优化工艺参数熔覆,基底和熔覆区形成良好的冶金结合,熔覆后工件表面平整且基底没有变形。同时,采用干燥的氩气加强对激光熔池的保护可以有效消除铝合金激光熔覆中的缺陷。

在球墨铸铁qt600-3表面激光熔覆铁基合金涂层,分析测试了激光熔覆层的微观组织、显微硬度以及界面处fe、cr元素的分布情况。结果表明:激光熔覆区为胞状晶和树枝晶结构,组织均匀致密,fe、cr等元素在熔覆层与母材间发生了相互扩散,形成良好的冶金结合,并有硬质点的弥散分布,使得涂层硬度大幅度提高,大约为基体硬度的2.6倍。

针对车用内燃机排气门座圈高温、高交变应力和高腐蚀性工况,采用添加了强碳化物形成元素的镍基自熔合金粉末,通过激光熔覆,在crcub合金灰铸铁基体上制备了原位合成的颗粒增强镍基复合涂层。涂层厚度约0.6mm,平均硬度655hv_(0.2),与基体成冶金结合。平均尺寸约1μm的硬质颗粒在涂层中均匀分布,这种从液态合成析出的硬质颗粒与具有低硬度高塑性的高镍基体强韧结合,能有效提高涂层的使用性能。研究表明,铸铁表面镍基合金激光熔覆层产生气孔的强烈倾向与石墨相的存在和镍基合金的凝固特征密切相关,合理的工艺措施可以消除气孔缺陷。

采用自配fe-ni-cr-mo-c-b-si粉末在t8a基体上进行了激光熔覆试验,获得了高致密度、高硬度、表面质量较好的熔覆层。在加工过程中发现,使用无水酒精作粘结剂的熔覆工艺性要比松香酒精溶液好,形成的熔覆层对基体t8a有良好的润湿性,光学显微镜下观察熔覆层的横断面,熔覆层与基体的界面处结合良好。熔覆层的显微硬度可达到625hv,而过渡区域的硬度更高,达到了700hv,熔覆层的内部质量和硬度符合预期的要求。

在钛合金(tc4)表面采用预置粉末的方式激光熔覆纯铁粉,利用热力学相图分析软件(thermo-calc)对ti-fe-al-v体系进行平衡相图计算,同时对体系可能发生的热力学反应的标准反应吉布斯自由能(δg0)进行计算.x线衍射(xrd)结果表明,熔覆层主要存在相有feti、fe2ti、ti3al和α-ti,熔覆层的显微硬度大大高于基体,最大值为1300hv,熔覆层耐磨性能显著提高,约为基体材料的6.4倍.

Ni—Cr—B—Si系合金激光熔覆—结合带与热影响区

利用激光熔覆技术对增压泵轴进行修复,通过制定合理的工艺路线和参数,实现了无裂纹熔覆,并且其尺寸精度达到了使用要求。

依照非晶形成能力的三判据原则及非晶成分团簇线定律法则,选取在常规非晶合金制备过程中呈现较强非晶形成能力的ni_(60)zr_(20)nb_(15)al_5合金成分,研究其在不同激光功率条件下在45#钢表面得到的熔覆层的微观组织和力学及腐蚀性能.结果表明:熔覆涂层由熔覆层、结合区和热影响区组成,物相包括非晶相及al_3zr_5、al_3nb_(11)ni_9、al_2o_3等晶体相;当功率为3600w时,熔覆层表面硬度高,达到hk1796.4,涂层耐蚀性最好,致钝电流密度和维钝电流密度都达到最小,分别为3.0669ma/cm~2和0.2556ma/cm~2.

采用激光重熔在ti-6al-4v钛合金表面制备硅灰石涂层。运用xrd、sem、eds对重熔硅灰石涂层进行测试分析。研究了激光输出功率固定时,激光扫描速度对重熔涂层组织形貌的影响。试验结果表明,激光重熔涂层主要由硅灰石(wollastonite)和catio3组成,为垂直于表面的柱状晶结构。当激光输出功率为2kw、扫描速度为175mm/min时,重熔层组织均匀,无气孔等缺陷,涂层表层粗糙,存在细小的孔洞。

通过在机车气门密封面上激光熔覆钴基合金粉末,分析了熔覆层的组织和硬度特性,探讨了激光熔覆修复机车气门的可行性。结果表明,激光熔覆层的合金元素分布均匀,凝固偏析小;熔覆层组织致密,与气门冶金结合良好,高温显微组织性能稳定性好,在700℃以下显微硬度没有显著降低,具有很好的耐热冲击性能,可满足机车进排气门的修复要求。

采用多种方法制备不同类型的al2o3-13%tio2热障涂层,即等离子喷涂常规涂层、纳米结构涂层及激光熔覆纳米结构涂层.在分析三类涂层微观组织的基础上,对其隔热性能进行了比较.结果表明,即等离子喷涂常规陶瓷涂层呈典型的层状堆积特征,纳米结构涂层都为特殊的两相结构,其中部分熔化区由类似的残留纳米粒子组成,等离子喷涂纳米结构涂层的完全熔化区为片层状结构,而相应的激光熔覆涂层的完全熔化区则为细小等轴晶.在相同条件下,等离子喷涂纳米结构热障涂层具有最好的隔热性能,而激光熔覆纳米结构涂层的隔热性能要好于等离子喷涂常规涂层.