为了提高球墨铸铁的耐磨损性能，采用原位生成和直接添加TiC的方法激光熔覆制备TiC-Ni25金属复合涂层，研究不同Ti添加量对TiC-Ni25复合涂层微观组织、显微硬度以及25，200，400 ℃温度下的摩擦磨损性能的影响。结果表明：具有较强导热性和促石墨化的Ti元素减少了复合涂层与基体结合区莱氏体的生成；Ti作为强碳化物形成元素也促进了TiC的原位生成，TiC在涂层中起到细晶强化、晶间强化和弥散强化的综合作用，提高了涂层的耐磨性能，同时起到控制复合涂层气孔、裂纹缺陷的作用。添加Ti后原位生成TiC，TiC对涂层硬度的增强作用与富集Ti对涂层的增韧作用呈现互斥效应。5%Ti-10%TiC-Ni复合涂层的显微硬度较2%Ti-10%TiC-Ni和8%Ti-10%TiC-Ni复合涂层更高，而且该涂层在各环境温度下所表现出的摩擦磨损性能也更好，主要是因为形成了致密氧化膜，强化了对磨损区域的保护。200 ℃时各复合涂层的摩擦因数、磨损体积和磨损率均增大，这是由于粗糙氧化膜的形成降低了耐磨性能。复合涂层在25 ℃温度下的主要磨损机制为磨粒磨损和轻微黏着磨损，在200 ℃和400 ℃时主要是氧化磨损、疲劳磨损和黏着磨损。

为了突破新型动力蠕墨铸铁本体材料不耐磨的技术瓶颈,研究蠕墨铸铁表面激光熔覆合金涂层后的微观组织和力学性能。在RuT300表面激光熔覆含有WC增强相的镍基高温合金,对样品的涂层以及结合区进行组织和成分分析,并对样品的涂层和基体进行硬度测试。涂层中WC颗粒分布不均匀,未全熔的WC颗粒作为非均匀的结晶晶核,外部有花瓣状枝晶沿WC颗粒的边界生长。Ni基WC复合涂层的平均硬度是蠕墨铸铁基体的平均硬度的4.52倍。WC颗粒的密度高于Ni基粉末,且熔池的散热具有非平衡性,使得WC颗粒在涂层中的分布及溶解程度均呈现非均匀性,WC的存在提高涂层硬度,同时为花瓣状枝晶额外提供生长晶核,有助于涂层中的颗粒相与镍基合金溶剂牢固结合,对提高涂层的硬度及耐磨性具有正向作用。

为了研究激光对油气管道外防腐层剥离的可行性,以及漆层清除对基体性能的影响,采用短脉冲激光器对X65管线钢上的环氧树脂防腐层进行激光除漆实验。采用三维形貌测试仪对除漆后的表面进行测试,并使用扫描电镜与能谱分析仪对试样的表面和横截面进行测试分析。两个试样经不同工艺参数的激光扫描后,漆层基本全部剥离,基体表面呈现出密集的火山口形貌,表层以下出现了带状区和裂纹区;试样A、B表层以下带状区的厚度分别约为20 μm和10 μm,裂纹区厚度分别约为100 μm和90 μm,表层硬度均小幅提升。本研究所采用的激光参数既满足了钢管除漆的要求,又对表层起到了强化作用。管道激光除漆技术在技术上是可行的,值得深入研究。

采用Nd∶YAG激光器开展X65管线钢激光深熔焊接实验,通过光学显微镜、扫描电镜、硬度仪,观察焊缝形貌,表征焊缝区域的微观组织,测量焊缝区域的硬度变化。结果表明:由于焊接偏转角度的变化影响了激光在空间中的能量分配,焊缝深度从8 mm下降至4 mm,且沿焊接厚度方向,焊缝形貌沿激光偏转角度发生了偏转;由于焊接裂纹与温度、温度梯度等相关,通过降低焊接速度,在焊缝收尾处观察到了裂纹;随着焊接速度的增加,焊接热影响区的宽度变窄,焊缝区最大硬度由472.1 HV增大到565.5 HV;熔凝区硬度分布的非对称性随着焊接速度的增大而增强。

利用ANSYS有限元模拟软件,建立了激光熔凝RuT300三维实体有限元模型,考虑了激光吸收率、材料热物性参数及相变潜热的影响,通过分析不同预热温度下激光熔凝的瞬态温度场,获得预热温度对温度分布、温度梯度、冷却速率等的影响规律。结果表明,随着预热温度的增大,试样相同位置处的最高温度增大,预热温度对试样下部的温度场影响更明显;随着预热温度的增大,试样相同位置处的温度梯度减小,当距离试样上表面的深度达到约2 mm时,试样的温度梯度受预热温度的影响不明显;对试样进行预热处理可降低试样的冷却速率,冷却速率随着预热温度的增大而减小。

采用YLS-3000光纤激光器开展了激光熔覆钴基高温合金实验,通过光学显微镜、显微硬度计表征了激光熔覆钴基高温合金的宏观形貌、显微组织和显微硬度。结果表明:由于激光熔覆过程前序熔覆对后续熔覆有预热作用,在不同激光熔覆参数作用下,熔覆层的宽度分别由起始的4.84,5.17,5.88 mm逐渐过渡到熔覆末尾的5.28,6.61,6.78 mm,激光熔覆区域的上表面形貌为喇叭形;由于激光熔覆的送粉方向和相邻的激光熔覆对基体的预热作用,激光熔覆形貌为非对称性月牙形;在表面熔覆层中心区域可观察到等轴晶,在内部熔覆层中部可观察到非均匀树枝晶。由于激光熔覆过程的非平衡凝固、不同区域的加热和冷却速度差异,熔覆层的硬度呈现非均匀性分布,且都高于基体硬度。

通过建立高强化柴油机气门座激光相变硬化温度场的数值模拟模型,分析了激光相变硬化过程中工艺参数对气门座温度场的影响。结果表明,随着激光功率的增大,气门座相变硬化的峰值温度升高,温度场呈拖尾的彗星状,硬化层的深度和宽度增大;随着扫描速度的增大,气门座相变硬化的峰值温度降低,温度场拖尾的彗星形状减小,硬化层的深度和宽度减小;随着光斑半径的增大,气门座相变硬化的峰值温度降低且位置发生偏移,温度场拖尾的彗星形状增大,硬化层的深度减小。