青岛理工大学机械与汽车工程学院激光绿色智能制造技术重点实验室，山东 青岛 266520
针对42CrMo材质舰船艉轴等海工装备在高盐、潮湿、重载环境下的表面腐蚀、磨损问题，本团队利用激光熔覆技术在42CrMo基体表面制备FeCoNiCrNb0.5Mo0.25高熵合金熔覆层，探究了FeCoNiCrNb0.5Mo0.25高熵合金激光熔覆层在不同激光功率下的组织共晶化及其对耐磨性与耐蚀性的强化机理。研究结果表明：FeCoNiCrNb0.5Mo0.25高熵合金激光熔覆层呈现由FCC相和Laves相组成的不完全共晶组织形态；适当提高激光功率可以促进组织的共晶化，特别是当激光功率为1400 W时，高熵合金熔覆层中部呈现为层状间距约为86 nm的纳米共晶组织；过高的激光功率导致基体中的Fe元素对高熵合金熔覆层的稀释作用增强，减弱了Mo和Nb对组织共晶化的促进作用；激光熔覆功率的增加会增强基体元素对熔覆层的稀释作用，降低熔覆层的平均硬度，当激光熔覆功率为1200 W时熔覆层具有最高的显微硬度665.8 HV1.0（约为基体的2.34倍）；与基体相比，FeCoNiCrNb0.5Mo0.25高熵合金熔覆层具有良好耐磨性与耐蚀性，激光功率为1400 W时层状交替排列的共晶组织和氧化物薄膜使得熔覆层的耐磨性显著增强，磨损率为0.079 mm3·N-1·m-1；当激光功率为1300 W时，熔覆层具有最低的自腐蚀电流密度1.716×10-6 A·cm-2。FeCoNiCrNb0.5Mo0.25高熵合金激光熔覆层的腐蚀机理为FCC相优先腐蚀，共晶组织的存在在一定程度上降低了熔覆层的耐蚀性；具有良好共晶组织的熔覆层（1400 W）的耐蚀性相对有所降低，自腐蚀电流密度为4.332×10-6 A·cm-2。
激光技术 激光熔覆 高熵合金 激光功率 共晶组织
1 青岛理工大学机械与汽车工程学院，山东 青岛 266520
2 青岛海西重机有限责任公司技术中心，山东 青岛 266520
为了解决在钛合金表面通过激光熔覆技术制备得到的Al2O3-ZrO2陶瓷涂层脆性大、易开裂的问题，有效提升钛合金性能，扩大其使用范围，采取在熔覆层材料中添加稀土氧化物CeO2的方法，对Al2O3-ZrO2陶瓷熔覆层的裂纹敏感性进行了改善。通过分析熔覆层宏观、微观组织，测试熔覆层性能，研究CeO2含量对熔覆层裂纹敏感性的影响规律，探究CeO2调控辅助激光熔覆制备Al2O3-ZrO2陶瓷涂层最佳含量，揭示稀土氧化物对熔覆层裂纹敏感性影响的作用机理。结果表明：通过添加稀土氧化物调控，熔覆层裂纹数量明显减少，熔覆层裂纹控制主要归功于稀土元素对熔覆层组织的细晶强化效应；当CeO2质量分数为0.8%时，熔覆层微观组织最为致密，对裂纹抑制作用最为明显；熔覆层断裂韧性相较未添加稀土调控辅助时有明显提高，从4.1 MPa·m1/2提高至7.3 MPa·m1/2。
激光技术 稀土元素 激光熔覆 裂纹控制 陶瓷涂层 钛合金 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1914004
1 青岛理工大学机械与汽车工程学院, 山东 青岛 266000
2 青岛海西重机有限责任公司技术中心, 山东 青岛 266520
为减少熔覆层加工余量,提高熔覆层质量,仿真研究影响熔覆层残余应力的因素和其影响规律的有限元。利用Ansys软件分别建立了具有30%,40%,50%,60%,70%搭接率的1 mm厚度的多道熔覆模型,探索搭接率对残余应力的影响规律。利用激光熔凝温升模型和粉末吸收率模型建立激光熔覆温升模型,通过与仿真温度比较来验证模型的准确性,并进行了相应的实验来观察熔覆层的物理性能。激光熔覆温升模型温度与有限元仿真模型温度较吻合。有限元仿真结果表明:30%搭接率下最小残余应力为160 MPa,50%搭接率下最小残余应力为95 MPa,70%搭接率下最小残余应力为108 MPa;最小残余应力出现在距离熔覆层顶部0.2 mm的位置,最大残余应力出现的位置逐渐向基体方向移动;随着搭接率的增加,熔覆层显微硬度逐渐增大,熔覆层的摩擦系数先增加后减小。随着搭接率的增加,熔覆层平均温度逐渐增加,等效残余应力平均值和最小值逐渐减小,实验结果表明具有50%搭接率的熔覆层与基体结合良好,抗磨效果显著,最适合后续加工。
激光技术 激光熔覆 数值模拟 温升模型 有限元 搭接率 残余应力 中国激光
2021, 48(10): 1002110
1 上海航天设备制造总厂有限公司, 上海 200245
2 上海理工大学, 上海 200093
锡基巴氏合金具有较低的摩擦因数、良好的耐磨性及抗胶合性,已被广泛用作高性能轴承零部件表面的耐磨材料。为改善传统浇注锡基巴氏合金中存在的缺陷并减少材料浪费,采用激光熔覆技术在20钢基体表面熔覆锡基巴氏合金,并将其与采用静止浇注、离心浇注工艺制备的合金进行对比。对三种合金层的微观组织、元素分布、显微硬度、摩擦磨损性能及内部质量进行检测和分析,结果表明:激光熔覆锡基巴氏合金的微观组织小于传统浇注合金的微观组织,且沿沉积方向的微观组织呈明暗交替的带状分布特征;激光熔覆合金层的显微硬度高于静止浇注合金层的显微硬度,与离心浇注工艺的相近;在干摩擦条件下,激光熔覆锡基巴氏合金的摩擦因数较传统浇注合金的大,其磨损机制以磨粒磨损为主;超声波和着色渗透无损探伤结果表明激光熔覆锡基巴氏合金层内无明显缺陷,与钢背结合良好。
激光技术 激光熔覆 锡基巴氏合金 摩擦磨损 无损检测
为了探究钛合金-不锈钢异种金属焊接的特殊性, 更好地提升两金属间的焊接性能, 采用在钛合金与不锈钢之间加入填充层黄铜进行焊接的新方法, 进行了理论分析和实验验证。应用ANSYS有限元分析软件分析得出填充层-黄铜的合理厚度应在0.5mm～0.7mm左右, 并基于仿真结果对填充层黄铜厚度为0.5mm～0.7mm的钛钢异种金属焊件进行焊接实验, 对焊接试样进行硬度、抗拉性测试及扫描电镜观察。结果表明, 填充层黄铜的厚度为0.6mm时, 钛合金-不锈钢异种金属激光焊接试样的焊缝形貌和力学性能较好。
激光技术 激光焊接 钛合金 不锈钢 黄铜 力学性能 laser technique laser welding titanium alloy stainless steel brass mechanics nature
