對鈦合金表面激光熔覆研究現狀進行綜述,對鈦合金表面涂層進行分類。介紹了鈦合金表面激光熔覆改性技術的熔覆材料、工藝和應用。闡述了各類鈦合金涂層的實際性能以及對鈦合金表面改性涂層性能所做的研究。最后提出了鈦合金表面激光熔覆工藝未來的研究趨勢。

用nd:yag脈沖激光在低硅鋼表面制備激光熔覆高硅涂層,研究了激光熔覆高硅涂層樣品的組織和磁性能.結果表明,制備出的激光熔覆高硅涂層組織致密、無氣孔和裂紋,且與基體有良好的冶金結合.經激光熔覆后硅鋼表面存在熔覆區、界面結合區和熱影響區.熔覆區的顯微組織不均勻,隨著與結合界面距離的增加,由柱狀晶變為樹枝晶,最終過渡到表層的細小樹枝晶組織.熔覆層與基體之間的結合界面為平面晶組織,熱影響區為馬氏體組織.熔覆涂層的顯微硬度遠高于低硅鋼基體,其主要原因是涂層具有較高的si含量,涂層中的α-fe和γ-fe雙相組織也導致了硬度的提高.激光熔覆高硅涂層硅鋼樣品經擴散退火后具有室溫鐵磁性,si含量的提高使其室溫直流破性能優于原始低硅鋼.

金屬密封環的密封穩定性直接影響到牙輪鉆頭的使用壽命,利用激光熔覆技術在牙輪鉆頭金屬密封環材料20crnimo合金鋼表面熔覆合金涂層,達到提高其表面耐磨性能的目的,從而提高牙輪鉆頭的壽命。分析了激光熔覆層的微觀組織,測試了激光熔覆層的微觀顯微硬度及摩擦磨損性能。結果表明:高度彌散的金屬間化合物、納米晶與有較高韌性的非晶相夾雜的復合組織提高了涂層的力學性能,試樣表面硬度、抗磨損性能大幅提高。

采用光學顯微鏡、掃描電鏡、x射線衍射及能譜分析對純銅表面送粉激光熔覆制備的銅合金涂層進行了分析。結果表明,涂層與基體為冶金結合,無氣孔、裂紋等缺陷,涂層稀釋率極低,銅合金涂層在凝固過程中通過液相分離形成大量均勻彌散分布的細小球形分離相、富含銅的固溶體和少量大塊分離相聚集體;細小分離相的平均直徑小于5μm,分離相由富含fe、co、mo的多元金屬硅化物組成。富含銅固溶體的硬度為280hv0.1,大塊分離相聚集體的硬度為510hv0.1。磨損試驗結果表明,激光熔覆涂層的耐磨性較純銅基體有顯著提高。

利用dl-t5000型二氧化碳激光器在qt-500球墨鑄鐵表面熔覆鐵基合金層,分析了激光熔覆層的顯微組織,測試了其顯微硬度及磨損性能。結果表明:制備的熔覆層組織致密、無裂紋,與基體形成了良好的冶金結合;從熔覆層表面到熱影響區的組織依次為大量的樹枝晶、等軸晶、樹枝晶;熔覆層的硬度較基體的提高了2.5倍,其磨損量約為基體的1/3,熔覆層耐磨性能增強的主要原因是鐵基合金與元素鎳、鉻等形成固溶體和碳化物等的強化作用所致。

為了研究在球墨鑄鐵qt600-3基體上熔覆鈷基合金,采用6kwco2激光器進行激光熔覆,用掃描電鏡對激光熔覆層進行形貌觀察,分析裂紋及氣孔的形成原因,取得在球墨鑄鐵基體上熔覆鈷基合金的最佳工藝參數。結果表明,球墨鑄鐵基體與熔覆層能形成良好的冶金結合,但熔覆功率過高使得熔覆層開裂傾向增大,過渡區及熱影響區的球狀石墨由原來的“牛眼狀”變為單獨的石墨球,石墨球外圍的環狀鐵素體出現消溶。

在不銹鋼表面采用直接堆粉預置涂層方法制備激光熔覆層,得到消除了宏觀裂紋和孔洞的熔覆層,熔覆層和基體呈冶金結合。其顯微組織主要由fe-ni合金、wc及fe_2c所組成,由于wc顆粒的存在使顯微硬度相對基體有顯著提高。

采用萬瓦橫流co2激光器在紫銅表面熔覆鎳基自熔合金熔敷層,并采用sem、xrd、om和顯微維氏硬度計進行組織結構和硬度分析。結果表明:在紫銅表面完全可采用激光熔覆的方法制備鎳基自熔合金的熔覆層,熔覆層與銅基體形成冶金結合,組織致密、晶粒細小、無裂紋、孔隙夾雜等缺陷,熔敷層內具有等軸晶、樹枝晶及胞狀晶等不同結構,并有wc、w2c、ni3b等強化相顆粒。同時,與采用超音速火焰噴涂(hvaf)涂層進行對比,結果表明激光熔覆層硬度雖然低于噴涂涂層,但磨擦系數小,耐磨損性能有明顯的提高。

用激光熔覆co基合金的方法處理了內燃機排氣門密封面,得到晶粒非常細小的枝晶組織,能滿足實際使用要求。對熔覆層組織的觀察中發現,熔覆組織會對基體組織有繼承性。

為進一步提高q345鋼激光熔覆層的耐磨性能,利用激光熔覆技術在q345鋼表面制備了70%ni60a+30%wc熔覆層(質量分數)。采用x射線衍射儀及掃描電鏡分析了熔覆層的物相、顯微組織,采用摩擦磨損試驗研究其耐磨性能。結果表明,q345鋼表面激光熔覆鎳基wc合金對其表面的晶粒細化、顯微硬度和耐磨性等都有很大提升。

本文采用激光重熔等離子涂層的方法在az91hp鎂合金上制備al_2o_3陶瓷涂層,在實驗和理論基礎上利用有限差分方法對激光重熔過程中的溫度場進行模擬。研究結果表明,在激光作用下,相應于不同的溫度范圍涂層形成了熔凝區(柱狀晶)、燒結區(團絮狀組織)和殘留等離子區(層狀結構)。與激光功率相比,激光掃描速度對涂層溫度分布影響較大。

通過對航空航天用超高強7050鋁合金進行激光熔覆修復的實驗研究,探討了激光熔覆修復鋁合金的可行性。實驗采用5kwco2連續激光器作為加熱源,在惰性氣體保護隔離箱中,對7050鋁合金的板狀試樣進行了激光單道熔覆、多道搭接熔覆、多層堆積熔覆的實驗研究。得到優化的激光熔覆工藝參數,制備了激光熔覆修復試樣,并觀察了不同激光熔覆區的微觀組織以及拉伸斷口形貌。實驗結果表明,優化激光熔覆工藝參數是:激光功率密度為1.84×104～2.12×104w/cm2,掃描速度為5mm/s,送粉量為1.8～2.4g/min,搭接寬度為1.5mm。采用優化工藝參數熔覆,基底和熔覆區形成良好的冶金結合,熔覆后工件表面平整且基底沒有變形。同時,采用干燥的氬氣加強對激光熔池的保護可以有效消除鋁合金激光熔覆中的缺陷。

在球墨鑄鐵qt600-3表面激光熔覆鐵基合金涂層,分析測試了激光熔覆層的微觀組織、顯微硬度以及界面處fe、cr元素的分布情況。結果表明:激光熔覆區為胞狀晶和樹枝晶結構,組織均勻致密,fe、cr等元素在熔覆層與母材間發生了相互擴散,形成良好的冶金結合,并有硬質點的彌散分布,使得涂層硬度大幅度提高,大約為基體硬度的2.6倍。

針對車用內燃機排氣門座圈高溫、高交變應力和高腐蝕性工況,采用添加了強碳化物形成元素的鎳基自熔合金粉末,通過激光熔覆,在crcub合金灰鑄鐵基體上制備了原位合成的顆粒增強鎳基復合涂層。涂層厚度約0.6mm,平均硬度655hv_(0.2),與基體成冶金結合。平均尺寸約1μm的硬質顆粒在涂層中均勻分布,這種從液態合成析出的硬質顆粒與具有低硬度高塑性的高鎳基體強韌結合,能有效提高涂層的使用性能。研究表明,鑄鐵表面鎳基合金激光熔覆層產生氣孔的強烈傾向與石墨相的存在和鎳基合金的凝固特征密切相關,合理的工藝措施可以消除氣孔缺陷。

采用自配fe-ni-cr-mo-c-b-si粉末在t8a基體上進行了激光熔覆試驗,獲得了高致密度、高硬度、表面質量較好的熔覆層。在加工過程中發現,使用無水酒精作粘結劑的熔覆工藝性要比松香酒精溶液好,形成的熔覆層對基體t8a有良好的潤濕性,光學顯微鏡下觀察熔覆層的橫斷面,熔覆層與基體的界面處結合良好。熔覆層的顯微硬度可達到625hv,而過渡區域的硬度更高,達到了700hv,熔覆層的內部質量和硬度符合預期的要求。

在鈦合金(tc4)表面采用預置粉末的方式激光熔覆純鐵粉,利用熱力學相圖分析軟件(thermo-calc)對ti-fe-al-v體系進行平衡相圖計算,同時對體系可能發生的熱力學反應的標準反應吉布斯自由能(δg0)進行計算.x線衍射(xrd)結果表明,熔覆層主要存在相有feti、fe2ti、ti3al和α-ti,熔覆層的顯微硬度大大高于基體,最大值為1300hv,熔覆層耐磨性能顯著提高,約為基體材料的6.4倍.

Ni—Cr—B—Si系合金激光熔覆—結合帶與熱影響區

利用激光熔覆技術對增壓泵軸進行修復,通過制定合理的工藝路線和參數,實現了無裂紋熔覆,并且其尺寸精度達到了使用要求。

依照非晶形成能力的三判據原則及非晶成分團簇線定律法則,選取在常規非晶合金制備過程中呈現較強非晶形成能力的ni_(60)zr_(20)nb_(15)al_5合金成分,研究其在不同激光功率條件下在45#鋼表面得到的熔覆層的微觀組織和力學及腐蝕性能.結果表明:熔覆涂層由熔覆層、結合區和熱影響區組成,物相包括非晶相及al_3zr_5、al_3nb_(11)ni_9、al_2o_3等晶體相;當功率為3600w時,熔覆層表面硬度高,達到hk1796.4,涂層耐蝕性最好,致鈍電流密度和維鈍電流密度都達到最小,分別為3.0669ma/cm~2和0.2556ma/cm~2.

采用激光重熔在ti-6al-4v鈦合金表面制備硅灰石涂層。運用xrd、sem、eds對重熔硅灰石涂層進行測試分析。研究了激光輸出功率固定時,激光掃描速度對重熔涂層組織形貌的影響。試驗結果表明,激光重熔涂層主要由硅灰石(wollastonite)和catio3組成,為垂直于表面的柱狀晶結構。當激光輸出功率為2kw、掃描速度為175mm/min時,重熔層組織均勻,無氣孔等缺陷,涂層表層粗糙,存在細小的孔洞。

通過在機車氣門密封面上激光熔覆鈷基合金粉末,分析了熔覆層的組織和硬度特性,探討了激光熔覆修復機車氣門的可行性。結果表明,激光熔覆層的合金元素分布均勻,凝固偏析小;熔覆層組織致密,與氣門冶金結合良好,高溫顯微組織性能穩定性好,在700℃以下顯微硬度沒有顯著降低,具有很好的耐熱沖擊性能,可滿足機車進排氣門的修復要求。

采用多種方法制備不同類型的al2o3-13%tio2熱障涂層,即等離子噴涂常規涂層、納米結構涂層及激光熔覆納米結構涂層.在分析三類涂層微觀組織的基礎上,對其隔熱性能進行了比較.結果表明,即等離子噴涂常規陶瓷涂層呈典型的層狀堆積特征,納米結構涂層都為特殊的兩相結構,其中部分熔化區由類似的殘留納米粒子組成,等離子噴涂納米結構涂層的完全熔化區為片層狀結構,而相應的激光熔覆涂層的完全熔化區則為細小等軸晶.在相同條件下,等離子噴涂納米結構熱障涂層具有最好的隔熱性能,而激光熔覆納米結構涂層的隔熱性能要好于等離子噴涂常規涂層.