1 贵州大学材料与冶金学院，贵州 贵阳 550025
2 贵州省材料结构与强度重点实验室，贵州 贵阳 550025
高熵合金具有很广泛的应用价值。目前，传统的铁基合金达不到高速切削的要求，为提高传统刀具材料在高速切削下的性能，国内外通过激光熔覆技术对传统刀具材料进行了改性。本文综述上述研究，同时也总结高熵合金块体与涂层的制备方法及研究现状。从热力学半经验判据设计合金成分出发，首先，介绍成分设计下的基础合金体系的显微组织与性能，探究添加不同合金化元素对涂层组织与性能的影响机制。其次，介绍退火和工艺参数对刀具表面激光熔覆高熔点高熵合金涂层的组织与性能的影响。最后展望高熔点高熵合金涂层的发展前景。
高熵合金 激光熔覆 涂层 显微组织结构 力学性能 研究进展 high-entropy alloys laser cladding coating microstructure mechanical property research progress
1 东华大学机械学院, 上海 201620
2 上海海事大学商船学院, 上海 201306
Mo2NiB2三元硼化物具有高硬度与良好耐腐蚀等性能, 可应用于Q235钢的表面防护。以Mo、Ni与B粉末为原料, 采用激光熔覆技术在Q235基材表面原位合成Mo2NiB2基金属陶瓷熔覆层, 研究了激光熔覆次数对熔覆层组织结构与性能的影响。研究发现, Mo2NiB2熔覆层由Mo2NiB2陶瓷硬质相与FeNi合金黏结相构成, 随着激光熔覆次数的增加, Mo2NiB2陶瓷相含量先增后减。Mo2NiB2陶瓷相趋于熔覆层中间部位聚集, 且熔覆层与Q235基材间形成成分梯度变化的冶金结合区。随着激光熔覆次数的增加, Mo2NiB2熔覆层的硬度与耐腐蚀性能均先提高后降低, 在3次激光熔覆时两者为最优, 其硬度高于Q235基材1个数量级, 而自腐蚀电流密度低于Q235基材2个数量级。Mo2NiB2熔覆层性能主要取决于熔覆层的组织结构与陶瓷相的相对含量。
激光熔覆 Mo2NiB2金属陶瓷 激光工艺 组织结构 性能 laser cladding Mo2NiB2 cermet laser parameters microstructure property
1 泰州学院船舶与机电工程学院，江苏 泰州 225300
2 江南大学机械工程学院，江苏 无锡 214122
利用激光熔覆同轴送粉技术在TC4合金表面制备了不同CeO2含量的Ni60A复合涂层，以此提高TC4合金的耐腐蚀性。通过XRD、SEM、EDS等对CeO2/Ni60A复合涂层进行了表征与测试，结果表明：适量的稀土氧化物CeO2可以细化晶粒，改善涂层内部的组织分布，并且促进NiTi、Ti2Ni和TiC等增强相的生成；在电化学检测中，CeO2的质量分数为3%时CeO2/Ni60A涂层表现出较为优异的耐腐蚀特性，其自腐蚀电流密度Icorr为2.110×10-7 A·cm-2，极化阻抗Rp为190674.0 Ω·cm-2；稀土氧化物CeO2在Ni60A涂层中主要聚集在晶界处，以减小涂层与腐蚀介质的接触面积，降低涂层内部的残余拉应力，从而保护钝化膜，最终提升涂层的耐腐蚀性。
激光光学 稀土氧化物CeO2 Ni60A涂层 组织结构 耐腐蚀性能 激光与光电子学进展
2021, 58(21): 2114007
1 上海理工大学材料科学与工程学院，增材制造研究院，上海 200093
2 澳大利亚蒙纳士大学增材制造中心，蒙纳士大学，诺丁山3168，澳大利亚
GH3536合金具有优异的抗高温氧化性能、耐腐蚀性能以及良好的冷、热加工成形性能和焊接性能，已被用作航空发动机高温部件的重要结构材料。传统工艺在制备GH3536合金复杂结构零部件方面存在生产周期长、工序复杂、成品率低等问题。本文针对激光粉末床（LPBF）技术在GH3536合金制造中的研究进展进行了全面介绍，明晰了该合金的组织结构和强化机制，系统调研了国内外相关研究成果，并通过与传统工艺进行对比，从技术原理、微观组织和力学性能等方面对LPBF GH3536合金进行了综合论述。调研了增材制造与传统制造相结合的增减材复合技术，讨论了LPBF制备GH3536合金在未来生产制造中的应用与发展趋势。
激光技术 GH3536合金 增材制造 激光粉末床 组织结构 力学性能 激光与光电子学进展
2021, 58(17): 1700008
湖南科技大学智能制造研究院难加工材料高效精密加工湖南省重点实验室,湖南 湘潭 411201
激光增材制造（LAM）涉及了复杂的热作用加工过程,在该工艺下制备的多层结构成形件也具有复杂的微观组织结构特征。而成形件的微观组织结构特征决定了其机械性能,优化微观组织结构特征是进一步实现机械性能的精确调控的关键所在。本文综述了LAM多层结构成形件的微观组织结构特征,总结了其微观组织结构特征演变的影响因素,为实现LAM多层结构成形件的微观组织结构特征优化提供参考。
激光光学 激光增材制造 多层结构成形 微观组织结构特征 影响因素 激光与光电子学进展
2021, 58(1): 0100007
采用连续光纤激光器在小模数齿轮齿面制备1 mm厚的Ni60合金涂层, 研究了激光工艺参数对熔覆层宏观形貌的影响以及齿面单道激光熔覆在不同激光功率密度下的熔覆层显微组织形貌以及元素成分。实验结果表明: 随着激光功率密度的增加, 熔覆层内部的柱状晶枝变多, 晶间组织的含量越少, 熔覆层与基材之间亮白色冶金结合带越发明显, 熔覆层表面的均匀性和连续性都有较大提高并且截面形貌发生改变。当激光功率密度为31.8 kW·s·cm-2时可以看出熔覆层冶金结合带区域与基材之间的孔隙基本消失, 熔覆层与基材之间的结合更加牢固, 过渡更加自然。通过调整激光工艺参数可以对小模数齿面镍基合金涂层的成形进行有效控制, 提高齿面镍基合金涂层的质量。
激光熔覆 小模数齿轮 稀释率 微观组织结构 laser cladding small modulus gear dilution rate microstructure
1 南方科技大学生物医学工程系, 广东 深圳 518000
2 哈尔滨工业大学生命科学与技术学院, 黑龙江 哈尔滨 150000
二次谐波成像是近年来发展的一种新的光学成像技术,作为生物结构检测和耐久追踪标记的新工具已经受到广泛的关注。二次谐波成像技术避免了经典荧光探针会遇到的许多固有缺点,是一种理想的活体成像方法,具有很好的生物医学应用前景。本文系统介绍了二次谐波原理及其成像装置,二次谐波介质分类及特点,二次谐波在生物医学成像中的应用,最后对二次谐波成像未来的机遇和将要面对的挑战进行了展望。
非线性光学 二次谐波 生物医学成像 生物组织结构 二次谐波探针
1 四川大学 物理科学与技术学院, 成都 610065
2 山东大学 物理学院, 济南 250100
(K,Na)NbO3基陶瓷(KNLNST陶瓷)是一类很有发展潜力的无铅压电材料, 目前对其进行两步烧结相关的研究还很少。本工作分别采用普通烧结(Conventional Sintering, CS)和两步烧结(Two-step Sintering, TSS)制备了(K0.4425Na0.52Li0.0375)(Nb0.8825Sb0.08Ta0.0375)O3陶瓷, 并进行微观结构与物性的对比研究。TSS可将(K,Na)NbO3基陶瓷的相对密度ρ°由CS时的95.0%提高至97.0%, 压电系数d33由CS时的363 pC/N增大到387 pC/N。两种烧结方式制备的KNLNST陶瓷的微观组织结构和电畴结构有着很大的差异。KNLNST-CS陶瓷的晶粒尺寸较小而且分布较为均匀, 极化后多数晶粒的电畴图案为简单的平行条纹。KNLNST-TSS陶瓷的晶粒尺寸则大小分布不均匀, 极化后许多大晶粒中呈现带状条纹内部又存在着精细的平行条纹的电畴图案。
(K,Na)NbO3基陶瓷 两步烧结 压电性能 相变 微观组织结构 电畴结构 (K,Na)NbO3-based ceramics two-step sintering piezoelectric property phase transitions microstructure domain structure
1 华中科技大学 材料成形与模具技术国家重点实验室, 湖北 武汉 430074
2 黑河象山水电厂, 黑龙江 黑河 164300
3 湖北工业大学工程技术学院, 湖北 武汉 430064
以铸造WC作为增强颗粒, 配合NiBSi自熔合金粉末, 采用激光熔注技术制备WC/NiBSi颗粒增强复合材料层。利用XRD、SEM和EDS对复合材料层的物相和微观组织进行表征分析, 利用维氏硬度计对复合材料层沿深度方向进行测试分析, 进行了室温干滑动摩擦磨损实验, 分析了复合材料层的耐磨损性能。研究表明, 复合材料层相组成主要有WC、W2C、M6C、(Fe, Ni), 碳化物主要以块状和破碎状存在于金属基体。复合材料层的平均硬度分别为525.04 HV0.2(L)、543.05 HV0.2(M)和564.92 HV0.2(H), 较基材有显著提升。复合材料层的磨损体积分别为淬火态H13钢的45%(L)、33%(M)和21%(H), 耐磨损性能优异。
激光技术 金属基复合材料 激光熔注 微观组织结构 磨损性能 laser technology metal matrix composite laser melt injection microstructure wear properties
1 吉林大学工程训练中心, 吉林 长春130025
2 吉林大学材料学院, 吉林 长春130025
3 宁德时代新能源科技股份有限公司先进产品开发部, 福建 宁德352100
将TiBCN粉末用于45钢激光熔覆, 为激光3D打印等增材制造探索新陶瓷添加材料, 把TiBCN粉末和合金粉末混合作为熔覆材料, 采用5 kW CO2激光进行激光熔覆。用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析熔覆层TiBCN颗粒形貌和组织结构。激光熔覆层的TiBCN颗粒发生部分熔化, 相互连接, 自动组装成枝晶状组织; 熔覆层底部与基体金属呈冶金结合状态; 熔覆层的硬度随TiBCN含量增加而提高, 含量为90%时达到1 200 HV, 耐磨性比基体明显提高, 4 000 W激光熔覆层的硬度和耐磨性优于3 500 W。研究结果表明, TiBCN粉末是一种适合激光熔覆的新陶瓷材料, 有希望用于激光3D打印等其它激光增材制造。
TiBCN粉末 激光熔覆 熔覆层 组织结构 显微硬度 耐磨性 TiBCN powder laser cladding cladding layer microstructure microhardness wear resistance
