1 西南科技大学 制造过程测试技术教育部重点实验室，四川绵阳6200
2 中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所，四川绵阳61900
为了研究磁流变抛光液中磨粒团聚对光学玻璃元件的磨损性能，利用环境可控的直线往复式摩擦磨损试验机，以不锈钢球为对磨副，以熔石英为基底，系统地研究了磁流变抛光液中纳米金刚石磨粒团聚程度对熔石英摩擦磨损性能的影响，并利用光学显微镜、白光干涉仪等设备分析熔石英的磨损机制，最后将摩擦学实验结果与实际磁流变抛光结果进行对比。实验结果表明：纳米金刚石磨粒团聚程度越大，熔石英表面的材料去除率越大，磨损区域亚表面损伤情况越严重。当载荷为0.5 N时，熔石英在团聚磨粒作用下的磨损主要以黏着磨损为主，伴随着轻微的磨粒磨损，同时熔石英的亚表面无明显损伤；当载荷从0.5 N增加到4 N时，熔石英的磨损形式以磨粒磨损为主，熔石英的表面和亚表面出现大量损伤。采用相同磨粒团聚程度的抛光液进行熔石英磨损与磁流变抛光实验发现，熔石英在磁流变抛光过程中的材料去除率与磨损实验的材料去除率变化趋势保持一致，表明借助摩擦磨损实验在一定程度上可以预测实际磁流变抛光中的材料去除率。
磁流变抛光 磨粒团聚 纳米金刚石 熔石英 磨损性能 magnetorheological finishing abrasive agglomeration nanodiamond fused silica wear properties
超高速激光熔覆技术（EHLA）可以突破涂层生产的效率瓶颈，为制备高质量涂层提供有效途径。采用EHLA和常规激光熔覆（CLA）技术在45钢基体上制备TiC/Inconel 625复合涂层，并对涂层的微观组织、物相组成、耐腐蚀性能以及摩擦磨损性能进行了表征。结果表明，两种涂层的显微组织均表现出相同的生长模式，由胞状或柱状枝晶向等轴枝晶转变。对于EHLA涂层，98.2 m/min的熔覆速度加快了凝固组织的冷却速率，从而细化了枝晶，平均枝晶间距不超过1 μm，并且所形成的细化组织有助于涂层耐蚀性的提升。TiC的加入促进了枝晶间碳化物的形成，并起到了沉淀强化的作用，同时在涂层表面形成了致密的钝化膜。并且EHLA涂层的摩擦系数低于CLA涂层，展现出良好的摩擦磨损性能。
激光技术 超高速激光熔覆 TiC/Inconel 625复合涂层 微观结构 耐腐蚀性能 摩擦磨损性能 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0514002
1 中国民航大学 航空工程学院，天津 300300
2 中国民航大学 交通科学与工程学院，天津 300300
3 上海理工大学 能源与动力工程学院，上海 200093
为了提升300M超高强度钢表面的耐蚀性能，在300M钢表面通过激光熔覆技术制备出四组扫描速度分别为5 mm/s，8 mm/s，11 mm/s和14 mm/s的涂层试样，通过光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、EDS能谱仪、显微硬度仪、摩擦磨损机、电化学工作站仪器分别表征涂层的宏观形貌、显微组织、物相组成、元素分布、硬度性能、摩擦磨损性能和耐腐蚀性能。结果表明，300M钢熔覆C276后，涂层的耐蚀性和硬度都得到增强，但耐磨性能较原基体变差，涂层形貌受扫描速度的影响，扫描速度越大，平整度越趋于平整，且金属光泽也逐渐加深，同时在不同参数下的涂层物相种类未发生明显变化，主相均为Ni-Cr-Co-Mo，在扫描速度8 mm/s的参数下，涂层具有最高的硬度较基体提升约36.2%，同时也具有更佳的耐蚀性能与其他力学性能。
激光熔覆 显微组织 硬度 摩擦磨损性能 耐蚀性能 laser cladding microstructure hardness friction and wear performance corrosion resistance 红外与激光工程
2023, 52(1): 20220328
1 太原科技大学材料科学与工程学院, 山西 太原 030024
2 浙江工业大学激光先进制造研究院, 浙江 杭州 310023
采用激光熔覆技术在轧制态GH4169合金表面制备GH4169涂层, 重点研究涂层的显微组织、析出相、高温显微硬度和高温摩擦磨损性能。结果表明: 涂层中无气孔和裂纹等缺陷, 且主要由Laves偏析相、γ基体相和少量MC及MN相组成; 涂层的室温平均显微硬度为273.6 HV(0.3 kg试验力), 且随着测试温度的升高, 其显微硬度在不同温度下呈现下降趋势, 测试温度为600 ℃时, 显微硬度下降到197.4 HV(0.3 kg试验力), 约为室温时的72%; 高温摩擦试验结果表明, 随着测试温度的提高, 其磨损率也呈现下降趋势, 当测试温度为600 ℃时, 试样磨损率约为室温时的25%; 摩擦磨损试验结束后, 测试温度不高于500 ℃的涂层, 其常温显微硬度变化不大, 而测试温度为600 ℃的涂层, 由于强化相析出, 常温显微硬度有所提高。
激光熔覆 微观组织 高温硬度 高温摩擦磨损性能 laser cladding GH4169 GH4169 microstructure high temperature hardness wear properties at elevated temperature
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
2 2.上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200072
等离子喷涂TiC涂层具有良好的综合性能, 在极端环境能起到较好的耐磨保护作用, 而石墨是一种优异的自润滑材料。通过喷雾干燥与真空烧结技术制备不同石墨添加量(1.25%、2.5%、5%和10%, 质量分数)的TiC-Graphite球形粉体, 并采用大气等离子喷涂技术制备TiC-Graphite复合涂层。对涂层的相组成、显微结构和力学性能进行了表征, 并对涂层的摩擦磨损性能进行了比较研究。结果发现, TiC-Graphite涂层主要由TiC和石墨相组成。随石墨添加量增大, TiC-Graphite涂层截面微裂纹增多, 表面粗糙度增大, 硬度下降。石墨对TiC涂层在高载荷的磨损性能影响更显著。在50 N高载荷条件, 随石墨添加量增大, TiC-Graphite涂层磨损率降低后急剧增大, 而摩擦系数持续减小。当石墨添加量为2.5%时, 涂层获得最低的磨损率为0.67×10-5 mm3/(N·m), 同时具有较低的摩擦系数(0.35), 与不添加石墨的TiC涂层相比, 分别降低了72.4%和27.8%。
TiC-Graphite复合涂层 磨损性能 大气等离子喷涂 显微结构 力学性能 TiC-Graphite composite coatings tribological property atmospheric plasma spray microstructure mechanical property
1 新疆大学机械工程学院，新疆 乌鲁木齐 830000
2 重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆 400000
为解决如轴承、齿轮、连杆等45钢构件，在高温高压环境下于交变载荷作用下失效的问题，将Ti和SiC粉末预设在45钢基体表面后进行激光熔覆制备Ti+SiC复合涂层，通过改变在激光熔覆过程中的激光功率、扫描速度等工艺参数，研究了工艺参数对复合涂层微观组织演变、微观结构和表面性能影响的一般规律。结果表明：涂层由Ti5Si3、TiC、TiSi、Fe2C、Fe2SiTi、Fe、Ti等相组成；原位形成的络合物TiC显著提高了基体表面的耐磨性能；与45钢基体相比，试样3复合涂层表面的耐磨性提高了36.64倍以上，显微硬度也有显著提高（约5.54倍）。由此可知，随着激光比能的增加（从4.5 kJ/cm2增加到5.8 kJ/ cm2），TiC相更容易形成，钛基复合涂层的综合性能得到提高。但过高的激光比能会抑制TiC相的形成，从而降低耐磨性，因此激光比能应限制在一定范围内。
激光熔覆 Ti+SiC涂层 显微硬度 磨损性能 激光比能 laser caldding Ti+SiC coating microhardness wear property laser specifific energy
1 武汉科技大学，省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室，武汉 430081
2 江西省工业陶瓷工程技术研究中心，江西 萍乡 337022
以SiC和B4C为增强相、纯Al粉为基体原材料，采用选区激光熔化(SLM)法在粉层厚度和扫描间距均为0.05 mm、扫描速率为300 mm/s、激光功率为350 W的成形条件下，制备了SiCp-B4Cp[质量比m(SiCp):m(B4Cp)=1:1]增强的Al基((SiCp-B4Cp)/Al)复合材料，研究了SiCp-B4Cp含量[%、15%及20%(质量分数)]对SLM成形(SiCp-B4Cp)/Al复合材料显微组织、显气孔率、显微硬度、摩擦磨损性能和抗折强度的影响。结果表明：当SiCp-B4Cp含量为10%时，试样显气孔率最小且抗折强度最大，分别为4.5%和177 MPa；SiCp-B4Cp含量为20%时试样的硬度最高、磨损率和摩擦系数最小，分别为172.6 HV0.1、3.4×10-5 mm3N-1m-1和0.4。
选区激光熔化 碳化硅颗粒-碳化硼颗粒增强的铝基复合材料 显微硬度 摩擦磨损性能 抗折强度 selective laser melting silicon carbide particles-boron carbide particles microhardness tribological properties flexural strength
西南交通大学材料科学与工程学院, 四川省先进焊接及表面工程研究中心, 四川 成都 610063
为研究钼元素对激光熔覆层组织和性能的影响,采用激光熔覆技术在EA4T钢表面制备Fe-Cr熔覆层以及钼质量分数为10%~70%的4种涂层,然后采用X射线衍射仪、光学显微镜和扫描电子显微镜对熔覆层的物相和微观形貌进行分析,采用显微硬度计和WDW3100万能试验机测试熔覆层的力学性能,采用摩擦磨损试验机测试熔覆层的耐磨性。试验结果表明:除了Fe-Cr+70%Mo熔覆层出现裂纹外,其他熔覆层都均匀致密,与基体形成了良好的冶金结合。熔覆层中钼单质的含量随着钼添加量的增加而增加。当熔覆粉末中钼的质量分数为10%和30%时,熔覆层中的钼主要与Fe-Cr形成金属间化合物;当钼的质量分数超过50%时,熔覆层中出现了较多钼单质相。钼的添加降低了熔覆层的硬度以及熔覆层到基体的硬度梯度,熔覆层的韧性和塑性随着钼含量的增加而先降低后升高。与基体相比,Fe-Cr熔覆层、Fe-Cr+10%Mo熔覆层、Fe-Cr+30%Mo熔覆层和Fe-Cr+50%Mo熔覆层的耐磨性均得以提高,且其摩擦因数随着钼含量的增加而降低,其中Fe-Cr+50%Mo熔覆层具有优良的综合力学性能和最佳的减摩耐磨功能。
激光技术 激光熔覆 微观形貌 剪切强度 摩擦磨损性能 中国激光
2021, 48(22): 2202010
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试验室，陕西 汉中 723001
利用3 kW光纤同轴激光熔覆设备将Fe-Cr-Mo-Si合金粉末熔覆到Q235钢表面，制备出了耐磨的铁基合金熔覆层，通过金相显微镜、维氏硬度计和摩擦磨损试验机等设备研究了Fe-Cr-Mo-Si熔覆层的显微组织、硬度及摩擦磨损行为。结果发现：Fe-Cr-Mo-Si熔覆层的显微组织均匀致密，且无气孔、裂纹等缺陷；熔覆层主要由树枝晶组成，熔覆层/Q235钢结合面处形成了细小的平面晶组织，熔覆层与基体实现了良好的冶金结合；熔覆层的平均硬度为642.2 HV，约为基体硬度的4倍；当载荷为50 N时，熔覆层和基体试样的平均摩擦因数分别是0.621和0.512，熔覆层的磨损量仅为基体的14.6%；摩擦因数随载荷的增加而减小，磨损轮廓尺寸随载荷的增加而增大；熔覆层的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损，而基体的磨损机制以黏着磨损和疲劳剥落磨损为主。试验结果表明，在Q235钢表面激光熔覆Fe-Cr-Mo-Si合金粉末能够显著提高材料的耐磨性能。
激光技术 激光熔覆 Fe-Cr-Mo-Si合金 显微组织 显微硬度 摩擦磨损性能 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1914007
1 安徽工程大学机械与汽车工程学院, 安徽 芜湖 241000
2 上海交通大学上海市激光制造与材料改性重点实验室, 上海 200240
3 安徽工程大学计算机与信息学院, 安徽 芜湖 241000
为增强42CrMo钢表面硬度及耐磨性,利用半导体激光器在基体表面制备了质量分数分别为0、10%、20%、30%及40% nano-WC粉末的Ni60增强涂层。采用OM、SEM、EDS、XRD对试样的微观组织与相成分进行表征,利用数显显微硬度计和高温摩擦磨损试验机进行力学性能及摩擦磨损性能测试。结果表明,nano-WC增强Ni60涂层表面成形良好。增强涂层的组织形貌呈条状、树枝状、鱼骨状、块状和粒状;物相以奥氏体Ni-Fe相为主,nano-WC一部分保留下来,一部分形成了W2C新相;涂层中还生成有Cr23C6、M6C、Cr7C3复合碳化物及CrB和NiW等复杂化合物。nano-WC增强涂层的显微硬度最大可达1256 HV0.2,比Ni60合金涂层提高了约50%。增强涂层的最小磨损体积为1.29mm 3,仅为Ni60合金涂层的1/7;增强涂层平均摩擦系数可低至0.275,而Ni60合金涂层平均摩擦系数为0.530,降低了约48%。摩擦磨损研究表明nano-WC增强涂层磨损机制主要为黏着磨损,同时还伴有轻微的磨粒磨损。
激光光学 纳米碳化钨 激光熔覆 Ni60合金 微观组织 摩擦磨损性能 激光与光电子学进展
2020, 57(21): 211401
