激光熔敷镍石墨烯立方氮化硼涂层的耐磨性能

在AISI 4140基体上采用预置材料激光熔敷的方法制备了镍石墨烯立方氮化硼(Ni-Graphene-CBN)复合材料涂层。X射线衍射(XRD)和Raman测试证明了石墨烯和CBN存在于所制备的涂层材料中。扫描电镜(SEM)图片给出了所制备的复合材料涂层的表面和断面形貌。进行了复合材料涂层的纳米机械性能和耐磨性的测试。测试结果表明:随着CBN含量的增加,复合涂层的硬度及弹性模量相应提高,分别由4.3 GPa提高到6.2 GPa和101 GPa提高到140 GPa; 同时其耐磨性也有明显改善,6% CBN含量的涂层摩擦系数由基体材料的0.2降低到0.15,最大磨损量降到基体磨损量的一半。     

碳化钨对激光熔覆高熵合金的影响

为了获得高性能的涂层材料,采用激光熔覆的方法,在Q235钢基体上制备了FeSiCrCoMo高熵合金涂层,并研究了WC对高熵合金涂层的组织和性能的影响。通过金相、X射线衍射、扫描电镜、硬度计、磨损试验机分别研究了添加WC前后涂层的微观形貌、相结构、硬度及磨损性能。结果表明:高熵合金FeSiCrCoMo涂层组织为粗大枝状晶,主要由BCC相和金属间化合物构成,添加WC后,涂层中形成了致密细小的胞状晶,同时BCC相增多,金属间化合物明显减少;添加WC后涂层的硬度明显增强,平均硬度提升了23%,涂层表面平均硬度达到了687HV0.2;WC的添加使得涂层的摩擦系数减小,磨损率减小,耐磨性能提高。     

激光表面改性及其应用

激光表面改性技术在改善材料表面性能,提高材料使用寿命方面具有突出的优越性.本文介绍了在工业应用中比较常见的激光硬化、激光表面合金化、激光熔覆,并在此基础上展望了激光表面改性技术的发展前景.     

激光熔覆损伤定量评估研究

通过激光熔覆实验、金相实验、残余应力检测及熔覆试件静拉伸实验,研究了激光熔覆试件机械性能的变化规律。实验发现熔覆试件重熔区有粗大的魏氏体组织产生,熔覆过程在熔覆试件内引入残余拉应力,熔覆试件抗拉强度相较于基体试件有一定程度的降低,熔覆试件伸长率相较于基体试件而言有大幅降低,实验结果表明熔覆试件的各类机械性能较基体材料而言有不同程度的降低,即激光熔覆后基体材料产生了一定程度的损伤。研究对此类损伤进行了定量分析,构建了熔覆损伤定量评估模型,为改善激光熔覆质量提供了理论依据。     

Ti6Al4V合金表面激光沉积复合涂层的组织和性能

为了增强Ti6Al4V钛合金的耐磨性,采用激光沉积制造方法在其表面上制备了以原位生成的TiC颗粒和直接添加的WC颗粒为增强相的耐磨涂层,观察了各涂层的微观组织,并测量了涂层的显微硬度和涂层在室温大气条件下的摩擦磨损性能。结果表明各涂层和基体呈现冶金结合,原位自生的TiC和部分熔化的WC颗粒均能够均匀弥散分布于基体上,由于增强相颗粒的弥散强化及激光沉积组织的细晶强化作用,基材的硬度和耐磨性均得到了提高。原位自生的TiC涂层比WC涂层硬度梯度分布平缓,但耐磨性稍差。     

耐酸不锈钢表面激光熔覆层耐腐蚀研究

本文研究了在耐酸不锈钢基体上采用激光熔覆和等离子喷焊二种工艺形成的涂层对耐腐蚀性的影响。使用５ｋＷ横流ＣＯ２激光器对预置在基体上的Ｃｏ基自熔合金粉末进行熔覆加工,得到的熔层与等离子焊层对比：激光熔层缺陷率低,被机体稀释率更小,成品率更高。其组织致密均匀,晶粒细小,熔层硬度与强韧性更高。性能试验证明：激光熔层有更好的耐腐蚀性能。     

激光熔覆原位合成Nb(C,N)陶瓷颗粒增强铁基金属涂层

采用预涂粉末激光熔覆技术,在42CrMo基体上制备出原位合成Nb(C, N)颗粒增强的铁基复合涂层。X射线及扫描电镜分析结果表明:激光熔覆获得的涂层基体为耐氧化、耐蚀性良好的Fe-Cr细晶组织及少量的-Fe相,原位合成的Nb（C, N）呈块状弥散分布在基体上。进一步的磨损试验表明:这些颗粒增强相极大增强了抗磨损性能,与未熔覆的母材相比,其磨损失重仅为母材的1/9左右; 涂层在750 ℃恒温氧化条件下具有较好的抗氧化性能,氧化层主要由NbO1.1,Cr2O3相组成; 母材的氧化产物为Fe2O3,容易脱落,保护性能较差; 激光熔覆涂层的氧化膜厚度仅为未涂层的1/5。     

激光熔覆NiCrBSi涂层组织及摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术在H13钢表面制备了NiCrBSi合金涂层,利用OM,SEM,EDX和XRD等对熔覆层的微观组织进行了分析,测试了熔覆层的显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明,激光熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,熔覆层的组织主要由γ-Ni,Cr7C3和CrB等相组成。熔覆层显微硬度在650~850HV之间,明显高于H13钢基体的硬度。摩擦磨损实验表明,在相同的条件下,熔覆层的耐磨性比基体有了明显的提高,磨损体积减少了92.4%。通过对磨损后的试样进行粗糙度测试后表明,涂层具有更平滑的表面。     

Si,Al对激光熔覆MoFeCrTiW高熵合金涂层组织性能的影响

为了提高材料表面的耐磨性和高温抗氧化性,利用激光熔覆技术在Q235钢表面制备了MoFeCrTiW高熵合金涂层,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和磨损试验机等研究了Si,Al添加对高熵合金涂层组织、相结构、耐磨性和高温抗氧化性能的影响。结果表明:激光熔覆MoFeCrTiW高熵合金涂层组织为等轴晶,单独添加等物质的量的Si或Al时,涂层分别为共晶组织或树枝晶,同时添加等物质的量的Si和Al时,涂层组织为细小的等轴晶。各高熵合金涂层的主体相均为BCC相,随着Si,Al的添加,BCC相的晶格常数减小。添加等物质的量的Al有助于抑制涂层中金属间化合物的形成,使涂层耐磨性降低;添加等物质的量的Si则会形成含Si的金属间化合物和一些未知相,提高涂层耐磨性。激光熔覆MoFeCrTiW高熵合金涂层在800℃的抗氧化性较高,Si、Al的添加可使涂层的高温抗氧化性进一步提高。     

镍基非晶复合涂层激光制备及其纳米压痕测试

采用大功率半导体激光熔覆和重熔的工艺在低碳钢表面制备Ni-Fe-B-Si-Nb合金非晶复合涂层,并对所得涂层进行了纳米压痕性能测试。研究结果表明,当激光熔覆时激光功率为0.8kW,熔覆速度为0.36m/min,送粉速度为12g/min,重熔时激光功率为3.5kW,熔覆速度为8m/min,在低碳钢表面成功制备了Ni40.8Fe27.2B18Si10Nb4非晶复合涂层,涂层主要由非晶相和NbC颗粒相组成。纳米压痕测试结果表明经激光重熔后所得非晶复合涂层的显微硬度和弹性模量远远大于未重熔的熔覆层,并且也大于同成分大块非晶。     

铁基合金激光熔覆层的高温磨损性能

 为提高40Cr钢表面耐磨性,采用预置激光熔覆法在40Cr基体表面制备Fe基涂层,利用HT-500摩擦磨损实验机测定干摩擦条件下,基体和熔覆层的摩擦因数随温度变化的规律。利用表面粗糙度轮廓仪测量磨痕的深度和宽度,SEM观察熔覆层以及磨痕的显微组织形貌,使用HV-1000型显微硬度仪检测基体和熔覆层结合部分的硬度。研究结果表明:熔覆层平均显微硬度值达到373.8HV(0.2);显著高于基体硬度198.4HV(0.2)。在干摩擦条件下,随着温度升高,磨损过程逐渐变平缓,平均摩擦因数降低,磨损率增加,耐磨性下降;在350~400 ℃之间,熔覆层磨损性能优于基体。     

激光熔覆FeCrNiMnMoxB0.5高熵合金涂层组织与耐蚀性能

为了获得性能优异的涂层材料,采用激光熔覆的方法在Q235钢基体上制备了不同Mo含量的FeCrNiMnMoB0.5系高熵合金涂层,着重探究Mo对高熵合金组织与性能的影响。通过金相、X射线衍射、扫描电镜、硬度计、电化学工作站分别研究了高熵合金涂层的显微组织、相结构、显微硬度及耐蚀性能。结果表明:FeCrNiMnMoB0.5系高熵合金组织为树枝晶,主要由fcc相和少量金属间化合物构成。当添加少量Mo时,涂层的硬度较低,为290 HV,随着Mo的增加,晶格畸变加剧,出现少量金属化合物,涂层硬度最大增加到658 HV。在模拟饱和盐水泥浆溶液中FeCrNiMnMo0.4B0.5表现出较好的耐腐蚀性。     

不锈钢表面激光熔覆层与喷焊层耐磨性对比研究

本文研究在１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ基体上采用激光熔覆和离子喷焊二种工艺形成的涂层对耐磨性的影响。使用５ｋＷ横流ＣＯ２激光器对预置在基体上的Ｃｏ基自熔合金粉末进行单道或多道扫描，得到的熔层与等离子焊层对比结果是：激光熔层缺陷率低，成品率高，其结构致密均匀，晶粒细小，成分稀释率更小，对基体热影响小，熔层硬度与强韧性更高。性能试验证明：激光熔层具有更高的抗擦伤磨损和抗冲击滑动高温磨损性能，耐磨性提高了一倍左右。     

激光冲击对E690高强钢激光熔覆修复微观组织的影响

为研究激光冲击对E690高强钢激光熔覆修复层微观组织的影响,选用专用金属粉末对E690高强钢试样预制凹坑进行激光熔覆修复,并使用脉冲激光对激光熔覆层进行冲击强化处理,同时采用扫描电镜、透射电镜和X射线应力分析仪分别对激光冲击前后激光熔覆层的微观组织和表面残余应力进行检测。结果表明:激光熔覆修复后,激光熔覆层组织为等轴晶,熔覆层与E690高强钢基体之间冶金结合良好,其表面残余应力为均匀分布的压应力。经激光冲击后,激光熔覆层截面晶粒得到细化,并观察到大量的形变孪晶,互相平行的孪晶界分割熔覆层粗大晶粒,在激光熔覆层的晶粒细化过程中发挥着重要作用;试样表层位错在{110}滑移面上发生交滑移,在晶界周围形成了位错缠结。经激光冲击后,激光熔覆层冲击区域表面残余压应力数值相较于冲击前提升了1.1倍。     

激光熔覆层开裂行为的影响因素及控制方法

激光熔覆层开裂是影响覆层质量最主要的因素,特别是厚覆层。选用５ｋＷ 横流ＣＯ２ 激光器对各种不同材料和零件进行厚覆层激光熔覆,实验、检测和使用的效果说明：激光熔覆层开裂主要与激光系统参数、工艺处理条件、覆层材料、基体状况等四个方面有关。分析了熔覆层的开裂行为,并介绍了几种控制方法。     

铁基合金激光熔覆层高温润滑磨损性能

 为提高40Cr合金钢的表面耐磨性,采用预置激光熔覆法在40Cr基体表面制备铁基合金涂层, 利用扫描电镜观察分析熔覆层显微组织形貌,用显微硬度仪测试熔覆层截面显微硬度,用摩擦磨损试验机测定在润滑条件下基体、熔覆层的摩擦系数随温度变化的规律。研究结果表明:熔覆层与基体实现良好冶金结合,熔覆层横截面微观组织呈现平面晶、树枝晶和胞状晶分布;熔覆层硬度值介于617.5~926.6 HV0.2之间,基体硬度介于205.2~278.2 HV0.2之间;在200 ℃以下,熔覆层摩擦系数在磨程中趋于平稳,在0.1附近轻微波动,小于基体平均摩擦系数;当温度超过200 ℃,油膜分解,引发润滑失效,磨损方式向干摩擦转化,磨损机理从微切削磨损主导向粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损复合磨损方式转化。     

激光重熔对等离子喷涂ZrO_2-20%Y_2O_3热障涂层隔热性能的影响

采用大气等离子喷涂(APS)技术在铝基体表面制备氧化锆(ZrO2-20%Y2O3,质量分数)热障涂层,并用脉冲激光对其进行重熔处理,研究了激光重熔对涂层组织形貌、物相转变和隔热性能的影响。研究结果表明激光的比能量对涂层的成型及性能有重要影响,过高的比能量会使涂层表面粗糙度增加,涂层成型变差。在选用合适的低比能量激光重熔条件下,扫描电镜观察结果表明经激光重熔可消除喷涂态涂层的孔隙和层状结构。对粉末和重熔前后的涂层进行了X射线衍射分析,结果表明喷涂及重熔过程中都没有发生相变;隔热试验结果表明重熔后涂层的隔热温度有所下降。     

稀土CeO_2对镍基纳米Al_2O_3激光熔覆复合涂层组织和性能的影响

采用激光熔覆技术在45钢基体上制备了不同CeO2含量的镍基纳米Al2O3复合涂层,对熔覆层进行了微观组织分析和显微硬度测试。结果表明,随着CeO2含量的增加,熔覆层组织由亚共晶向共晶组织转变;加入1.0%CeO2对镍基纳米Al2O3熔覆层的组织起到明显的细化和净化作用,枝晶生长的方向性减弱,组织趋向均匀,熔覆涂层的显微硬度值比未加稀土的涂层提高了60-95HV0.2。     

用脉冲紫外激光预处理提高刀具的金刚石涂层的附着强度

采用脉冲紫外激光（XeCl，308nm）表面消融预处理方法以硬质合金为衬底制备了金刚石涂层刀具。利用压痕法对涂层结合强度进行了测试，得到了最佳预处理工艺条件。采用碳化硅增强铝合金材料对制备的金刚石涂层刀具进行了实际切削性能实验。实验结果表明:脉冲紫外激光表面消融预处理方法的采用对刀具的金刚石薄膜涂层附着强度的提高有很大的帮助。     

40Cr钢表面激光熔覆层的磨损性能

 为研究模具钢熔覆层的磨损性能,采用铁基粉在40Cr钢表面进行激光熔覆,以激光熔覆层为上试样,GCr15钢珠为下试样,采用HT－500磨损试验机进行摩擦磨损试验,并与40Cr基体的磨损性能相对比。利用表面形貌仪测量磨痕深度和宽度。研究结果表明：载荷小于250 g时,相同载荷下基体的摩擦系数大。载荷小于300 g时,随磨损时间延长,熔覆层、基体的摩擦系数都随着载荷增加而减小。当载荷为300 g时,基体的摩擦系数在0.563～0.589之间变化,平均值为0.576,且随时间逐渐升高,耐磨性变差;熔覆层的磨擦系数在0.431～0.457之间变化,平均摩擦系数为0.444,磨痕深度和宽度分别是0.65 mm和1.096 μm,且随时间逐渐下降,表现了良好的耐磨性能。当载荷增加到500 g时,平均摩擦系数和磨痕深度比300 g时分别增加了75％和47倍,且摩擦系数逐渐升高,磨损性能下降。