1 陕西理工大学机械工程学院,陕西 汉中 723001
2 陕西省工业自动化重点实验室,陕西 汉中 723001
为研究重熔功率对Inconel 718镍基自润滑涂层组织与性能的影响规律,采用激光熔覆技术在27SiMn钢板材上制备Inconel 718熔覆涂层,选用三种不同的激光功率二次重熔熔覆试样。使用超景深显微镜观察熔覆层表面形貌及金相组织,使用显微硬度计检测熔覆层的显微硬度,使用销-盘式摩擦磨损试验机检验及评价熔覆层的摩擦磨损性能。结果表明,激光重熔后熔覆层的晶粒得到明显的细化,随着重熔功率的增加,熔覆层晶粒尺寸先减小后增大,重熔功率为1 260 W时,熔覆层顶部晶粒尺寸最均匀细小;重熔后熔覆层的硬度均有较大提高,相较未重熔试件硬度最高可提升22%;从磨损形貌来看,试样的磨损机理主要为磨粒磨损,经重熔后试样的摩擦系数及磨损失重均得到了明显的降低。分析摩擦磨损试验数据可知,重熔功率在1 260 W时,试件的耐磨性能最好。
重熔功率 Inconel 718涂层 耐磨性能 显微组织 硬度 remelting power Inconel 718 coating wear-resisting performance microstructure hardness
1 广东海洋大学 电子与信息工程学院,湛江 524088
2 佛山科学技术学院 机电工程与自动化学院,佛山 528225
为了研究WC质量分数对Ni60粉末激光熔覆涂层性能的影响,采用激光熔覆技术在Q235碳素工具钢上制备了WC+Ni60的复合涂层,并进行了理论分析和实验验证,取得了熔覆层几何形貌、稀释率、显微组织及硬度方面的数据。结果表明,添加WC后,涂层外观成形良好,在涂层硬度上有明显的提升效果; 稀释率随着WC质量分数的增加整体呈现先升高后降低的趋势; 当WC质量分数为0.4时为合适的粉末配比,不但能保证微观组织致密、枝晶尺寸均匀,也可避免颗粒和气孔对涂层质量造成的影响,并保证了2种熔覆材料融合性和涂层整体硬度。此研究结果对激光熔覆添加WC的Ni基复合涂层制备有一定指导作用。
激光技术 激光熔覆 WC质量分数 微观组织 硬度 laser technique laser cladding WC mass fraction microstructure hardness
1 福建工程学院材料科学与工程学院,福州 350118
2 中材高新氮化物陶瓷有限公司,淄博 255000
3 中材人工晶体研究院有限公司,北京 100018
4 中材高新材料股份有限公司,北京 100102
采用注射成型与气压烧结结合的工艺,可以低成本、大批量制备出体积小、精度高的陶瓷异形件。本文以低密度聚乙烯(LDPE)和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)为黏结剂,在注射温度165 ℃、注射压力85 MPa的条件下制备氮化硅坯体,通过热脱脂工艺和烧结动力学测试,得到了完整的氮化硅注射成型工艺路线,并研究了喂料固含量对坯体密度、烧结密度和维氏硬度的影响,以及喂料在140~160 ℃时的非牛顿指数变化。结果表明:喂料的最佳固含量为52.42%(体积分数),该条件下制备的氮化硅注射坯体密度为2.10 g/cm3,烧结密度为3.23 g/cm3,维氏硬度为(15.24±0.34) GPa;喂料在160 ℃时的非牛顿指数最小,即在该温度下喂料的流变性最好。
氮化硅 注射成型 黏结剂 固含量 热脱脂 气压烧结 维氏硬度 silicon nitride injection molding binder solid content thermal degreasing pressure sintering Vickers hardness
1 广州航海学院轮机工程学院,广东 广州 510725
2 广东省科学院智能制造研究所,广东 广州 510070
3 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001
4 广东省科学院工业分析检测中心,广东 广州 510650
5 攀枝花学院钒钛学院,四川 攀枝花 617000
通过机械混合方法解决了碳纳米管(CNTs)在CoCrFeNi高熵合金粉体表面的团聚问题,采用激光熔覆方法在304不锈钢基板上制备了CoCrFeNi-CNTs涂层,碳纳米管优化质量分数为1.0%,研究了涂层微观组织、显微硬度及抗中性盐雾腐蚀性能。结果表明:涂层的晶粒为单一的面心立方(FCC)结构,按照晶粒形态可以分为平面晶、胞状枝晶、柱状枝晶、等轴晶,晶界上形成了M7C3型碳化物共晶相,未分解碳纳米管弥散分布在晶粒内,Si/C类夹杂物来自于熔化的基板材料。涂层内硬度分布较均匀,由于碳纳米管和M7C3碳化物的第二相强化作用,硬度水平可以比CoCrFeNi涂层提高70 HV以上。经中性盐雾腐蚀269 h后,点蚀仅发生在脱落的Si/C类夹杂物周围区域,而在晶粒及晶界内其他区域均未发现腐蚀现象,因此,严格限制Si/C类夹杂物进入涂层将进一步改善复合涂层的抗中性盐雾腐蚀性能。
激光技术 高熵合金 硬度 中性盐雾腐蚀 中国激光
2023, 50(24): 2402205
1 大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省激光3D打印装备及应用专业技术创新中心,辽宁 大连 116024
2 沈阳鼓风机集团股份有限公司,辽宁 沈阳 110869
为增强304不锈钢表面性能,利用激光熔覆技术在其表面制备了TiC颗粒增强Fe基复合涂层,研究了激光功率对涂层几何特征、组织特征及硬度的影响规律和原因,引入灰关联分析综合表征熔覆层的组织特征,并推测出激光熔覆过程中TiC颗粒的熔解机制。结果表明,随激光功率的增加,熔覆层高度、气孔率、未熔TiC颗粒含量降低,宽度、深度、稀释率、析出TiC的二次枝晶臂间距增加,析出TiC含量先增加后降低、基体的二次枝晶臂间距先降低后升高且在1800 W时分别达到最高和最低。当激光功率为1800 W时,熔覆层表面成形良好,其组织特征均衡发展且灰关联度达到最大,平均硬度为801.5 HV0.5,达到基体的4.5倍左右。另外,TiC颗粒在激光熔覆中共有两种熔解机制,其特征分别为由外向内和整体分解,两种机制共同作用导致TiC颗粒的完全熔解。
激光技术 激光熔覆 Fe-TiC复合涂层 激光功率 微观组织 硬度 灰关联分析 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1914002
采用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备了FeCrNiTax(原子数分数x=0,0.2,0.4,0.6,0.8)共晶中熵合金涂层(EMEACs),探究了Ta元素含量对合金涂层的微观组织、硬度和耐磨性的影响。结果表明:面心立方(FCC)相FeCrNi中熵合金涂层(MEACs)在加入Ta元素后,引入了硬质Laves相,形成了与FCC相交且耦合的原位纳米层状共晶结构。当x<0.4时该中熵合金为亚共晶结构,其微观组织由FCC相和共晶组织组成。当x=0.4时合金达到共晶点,存在完全片层共晶组织。当x>0.4时合金为过共晶结构,组织由共晶组织和Laves相组成。与基体相比,所制备的FeCrNiTax涂层的硬度值有明显提升,其中x=0.8时合金涂层的维氏硬度值最高,高达705.3 HV,约为不锈钢基体的3.7倍。随着维氏硬度的提高,该合金涂层的耐磨性也得到显著改善,FeCrNiTa0.8合金具有最佳的耐磨性,磨损形式以黏着磨损和氧化磨损为主。
激光技术 激光熔覆 中熵合金涂层 共晶结构 硬度 耐磨材料 中国激光
2023, 50(20): 2002204
1 大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省凝固控制与数字化制备技术重点实验室,辽宁 大连 116024
2 沈阳鼓风机集团股份有限公司,辽宁 沈阳 110869
在工业领域中,通过铸造所制备的巴氏合金往往存在缺陷。为了探究如何减少巴氏合金在组织和性能上的缺陷,对比了通过传统浇铸和冷金属过渡焊接(CMT)两种方法在20钢基体上所制备巴氏合金层的组织和性能,并在其表面进行了激光重熔试验。利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪以及维氏硬度计等仪器检测了浇铸、堆焊巴氏合金和重熔巴氏合金层的组织和硬度,通过对比分析可知,CMT堆焊层组织较浇铸层更细,与钢基体的冶金结合更强。激光重熔在细化晶粒、消除粗大组织的同时,未产生偏析、气孔等缺陷。不同激光功率对于巴氏合金层的组织和性能影响各不相同,激光功率分别为300 W和500 W时,堆焊、浇铸试样的重熔层硬度达到最大值35.16 HV0.025和36.92 HV0.025。激光重熔对巴氏合金组织和性能的强化效果显著,对于滑动轴承的研究有着巨大的工程应用价值和发展前景。
激光技术 巴氏合金 激光重熔 表面与界面 硬度 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1514010
1 南华大学机械工程学院,湖南 衡阳 421001
2 超快微纳米技术与激光先进制造湖南省重点实验室,湖南 衡阳 421001
3 湖南力方轧辊有限公司,湖南 衡阳 421681
4 湖南省高耐磨合金材料先进制造工程技术研究中心,湖南 衡阳 421681
为了改善55号钢在传统淬火过程中的不足,笔者采用连续高功率光纤激光器作为热源进行辐照,以期使55号钢表面获得更好的组织和更高的表面硬度。利用单一变量原则获得了不同功率下的激光重熔与激光淬火工艺参数,研究了两者对55号钢微观组织和硬度的影响。结果表明:激光重熔比激光淬火具有更好的硬化效果。在保证试样表面平整的前提下,淬火试样获得的表面硬度和硬化层深度分别为446~520 HV、621~709 μm,而重熔试样获得的表面硬度和硬化层深度分别为480~613 HV、709~813 μm。通过分析硬化层的微观组织、物相、元素组成,发现这主要归因于重熔试样的硬化层中具有比淬火试样更多的马氏体、更均匀致密的微观组织以及更少的未熔碳化物。本研究结果为55号钢表面激光硬化提供了参考。
激光技术 激光淬火 激光重熔 55号钢 硬度 微观组织 中国激光
2023, 50(16): 1602207
新疆大学机械工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830017
为了解决石油钻杆表面受交变载荷冲击导致的失效问题, 同时获取更高质量的耐磨涂层, 采用高速激光熔覆设备, 以JG-3铁基合金作为熔覆粉末, 在20CrMo钢表面制备合金涂层。以激光功率、扫描速度以及送粉速度为优化变量, 涂层硬度以及耐磨性为表征变量, 通过正交试验极差与方差分析获得最优参数组。结果表明, 极差分析中, 工艺参数对涂层显微硬度和磨损失重量的影响程度排序均为扫描速度>送粉速度>激光功率; 方差分析中, 显微硬度和磨损失重量的F值大小均为FB>FC>FA, 表明各因素对高速激光熔覆涂层性能的影响程度排序为扫描速度>送粉速度>激光功率, 这与极差分析结果一致。正交试验获得最优参数组合为: 激光功率900 W、扫描速度65 mm/s、送粉速度4 r/min。
高速激光熔覆 铁基涂层 正交试验 硬度 耐磨性 high-speed laser cladding iron-based coating orthogonal test hardness wear resistance